1998 Fiscal Year Annual Research Report
生体および人工分子配列システムにおける連鎖型光化学過程
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09304056
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
山崎 巌 北海道大学, 大学院工学研究科, 教授 (80002111)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三室 守 山口大学, 理学部, 教授 (40142004)
大須賀 篤弘 京都大学, 大学院理学研究科, 教授 (80127886)
秋本 誠志 北海道大学, 大学院工学研究科, 助手 (40250477)
西村 賢宣 北海道大学, 大学院工学研究科, 助手 (60218211)
太田 信廣 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (70113529)
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| Keywords | 分子配列システム / 電子移動 / 励起エネルギー移動 / フェムト秒時間分解蛍光 / 光合成反応中心 / LB膜 |
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| Research Abstract |
種々の機能分子が接近して反応経路に沿って並べられた分子配列システムでは、分子が接近しているために比較的強い相互作用が生まれ励起エネルギー移動や電子移動反応が超高速で連鎖的に起こる。その反応機構を考えるとき、分子が均一ランダムに分散し個々の平衡系反応に対して組立てられた従来の物理化学理論から一歩進んだ新しい理論が必要となる。本研究の目的は、生体および人工分子配列系として光合成反応系および合成組織化分子とそのLB多層膜を用いて、そこで起こる量子化連鎖反応、非平衡励起移動・電子移動について解明し、新しい物理化学を展開することが目的である。
(1) 連鎖型励起移動・電子移動のフェムト秒時間分解蛍光の実験
本研究で作製したフェムト秒時間分解蛍光分光測定装置によって、種々の色素分子が積層したLB多層膜において、励起移動が高速で起こり、特別な反応チャンネルの存在とその反応速度が分子配列の連鎖が長くなるとともに速くなること、が明かになったなった。また環状および線形ポルフィリン多量体においては、励起移動がフェムト秒時間で波動の伝搬として起こることが明かにされ、新しい励起移動機構を提出し、ポーランドにて開催された国際会議および論文において発表した。
(2) 極低温下における非平衡励起移動・電子移動のフェムト秒時間分解蛍光の実験
本研究計画において購入した極低温クライオスタットを用いて、励起移動のドナーとアクセプターが化学的に結合した分子系では、10Kでは励起移動が1ピコ秒前後で非平衡反応過程として起こり、この種の現象が連結分子系、LB多層膜など広い範囲の分子配列系において起こる普遍的な現象であるとともに、媒体の熱揺らぎと密接に関係していること、さらに生体系の光化学初期過程がこの機構で起こっていることを明かにした。
(3) 連鎖型電子移動における外部電場・ミクロ電場効果 電子移動反応が、外部電場によって促進することのみならず、反応分子鎖の周囲に光誘起電荷移動錯体を配することにより、ミクロ電場を発生させ外部電場効果と同様な効果を生み出すことが明かとなった。つまり電子移動反応がミクロ電場および外部電場印加によって制御され得ることが示され、光合成反応中心の超高速電子移動との関連、光機能分子素子の構築に対して新しい展開を生み出すことができた。
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[Publications] I.Yamazaki, S.Akimoto, A.Osuka, H.Shiratori: "Ultrafast energy relaxation and excitation delocalization in excuted states of Zinc porphyrin dimers and trimer" Acta Phys.Polonica A. 95. 105-120 (1999)
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[Publications] S.Abe, Y.Nishimura, I.Yamazaki, N.Ohta: "Remarkable electric field effect on the absorption intensity of a molecular aggregate of photomerocyanine in aPMMA film" Chem.Lett.1999. 165-166 (1999)
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[Publications] N.Ohta, S.Umeuchi, Y.Nishimura, I.Yamazaki: "Electric-field induced quenching of exciplex fluorescence and photocurrent generation in a mixture of ethylcarbazole" J.Phys.Chem.102. 3784-3790 (1998)
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[Publications] N.Ohta, T.Kanada, I.Yamazaki, M.Ito: "External electric field effects on the fluorescence of methy-lene-linked pyrene and N,N-dimethylaniline in PMMA films" Chem.Phys.Lett.292. 535-541 (1998)
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[Publications] M.Mimuro, M.Watanabe, M.Tokutomi I.Yamazaki: "Multiple pathways of excitation energy flow in the photo-synthetic pigment system of a cryptophyte,cryptomonas sp." Phycological Rep.46. 155-164 (1998)
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[Publications] A.Nakano, A.Osuka, ± I.Yamazaki, N.Nishimura: "Windmill-like porphyrin arrays as potent light-harvesting antenna complexes" Angew.Chem.Int.Ed.37. 3023-3027 (1998)
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[Publications] I.Ymazaki: "Functionality of Molecular Systems Vol.2" Springer-Verlag Tokyo, 245 (1999)
