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2016 Fiscal Year Research-status Report

粘土鉱物-色素複合体を用いた強発光材料の開発

Research Project

Project/Area Number 15K13291
Research InstitutionTokyo Metropolitan University

Principal Investigator

高木 慎介  首都大学東京, 都市環境科学研究科, 教授 (40281240)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
Keywords発光増強 / ナノシート / 粘土鉱物 / 蛍光増強 / S-FIE / 無放射失活
Outline of Annual Research Achievements

粘土鉱物-色素複合体を用いた強発光材料の開発のタイトルのもと研究を進めた結果、下記のように優れた成果を得た。20を越える種類の化合物について系統的に、粘土鉱物との複合化による発光増強現象を調査した結果、ほとんどの色素において普遍的に発光増強が観察されることがわかった。粘土鉱物としてはおもに化学合成粘土鉱物である合成サポナイトを用いている。この材料は溶液状態、固体膜状態においてほぼ完全に可視域で無色透明となることができ、光学材料としての使用に適した性質を有している。適用する色素によっては10倍以上の発光増強が見られ、機能性光材料の開発において本技術が極めて有望であることがわかった。具体的には、ビオロゲン類、ポルフィリン類、ジミジウム塩類、スチルバゾリウム塩類などにおいて、著しい発光増強が誘起された。溶液状態、固体状態ともに著しい発光増強が認められたが、粘土鉱物は無色透明であるため視認性も非常に良い。また、発光増強のメカニズムについても、蛍光量子収率、蛍光寿命の解析の元に考察をすすめ、放射失活速度定数の増大、無放射失活速度定数の減少が、発光増強に大きく寄与することを明らかとした。具体的には温度効果実験を行い、エネルギーギャップ則に基づくデータの解析を行った。これらの結果からナノシート上の色素もエネルギーギャップ則に基づく発光挙動を示すことが明らかとなり、さらには、振電相互作用もこれらの発光増強機構に関与していることが示唆される結果を得た。これらの成果をもとに、国内外で招待講演などを行い、また、海外学術雑誌において、Invited Feature Articleとして総説による成果発信を行った。特に本現象を、Surface-fixation induced emission (S-FIE)と名付けた。今後はさらに適用色素を増加させるとともに応用面も見据えた研究展開をはかる予定である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

得られた成果をもとに、国内外で招待講演などを行い、また、海外学術雑誌において、Invited Feature Articleとして総説による成果発信を行った。特に本現象を、Surface-fixation induced emission (S-FIE)と名付けた。これらの成果は予想を上回るものである。

Strategy for Future Research Activity

ここまでの研究により、当初提案した、粘土鉱物との複合化による発光増強について、予想以上に好結果が得られている。今後は、より応用面を意識した検討を手厚く行う予定である。例えば、固体応対における検討、環境応答性の付与、必要な波長における発光色素の探索などに重点を置き、研究をすすめる予定である。特に環境応答性を検討することで、表示材料、センサーなどの開発に結びつく可能性があり、高い発光効率を利用すれば、省エネルギーにも寄与することが可能であると考えている。

Causes of Carryover

前年度に購入した試薬類を用いた研究が進展し、それらの試薬類での研究が大幅に増加したため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

次年度は応用も見据えた研究を行うため、試薬類などの支出を行う予定である。

  • Research Products

    (13 results)

All 2017 2016

All Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Acknowledgement Compliant: 4 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 4 results) Book (2 results)

  • [Journal Article] Unique Fluorescence Behavior of Dyes on the Clay Minerals Surface: Surface Fixation Induced Emission (S-FIE)2017

    • Author(s)
      Daiki Tokieda, Takamasa Tsukamoto, Yohei Ishida, Hiroyuki Ichihara, Tetsuya Shimada, Shinsuke Takagi
    • Journal Title

      J. Photochem. Photobiol. A: Chem.

      Volume: 339 Pages: 67-79

    • DOI

      http://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2017.01.013

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Color Tuning of Cationic Pyrene Derivatives on Clay Nano-sheet: Retardation of Gradual Red Shift on Clay2017

    • Author(s)
      Daiki Morimoto, Keita Sato, Kenji Saito, Masayuki Yagi, Shinsuke Takagi, Tatsuto Yui
    • Journal Title

      J. Photochem. Photobiol. A: Chem.

      Volume: 338 Pages: 112-117

    • DOI

      Color Tuning of Cationic Pyrene Derivatives on Clay Nano-sheet: Retardation of Gradual Red Shift on Clay

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] ADOSORPTION AND PHOTOCHEMICAL BEHAVIOR OF MONO-CATIONIC PORPHYRIN ONTO SYNTHETIC SAPONITE2017

    • Author(s)
      Shouta Wakayama, Shinsuke Takagi, and Tetsuya Shimada
    • Journal Title

      Clay Science

      Volume: 20 Pages: 1-3

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] 層状無機化合物と光化学2017

    • Author(s)
      高木慎介
    • Journal Title

      化学と工業

      Volume: 70-5 Pages: 415-417

  • [Journal Article] Photophysical Properties and Adsorption Behaviors of Novel Tri-Cationic Boron(III) Subporphyrin on Anionic Clay Surface2016

    • Author(s)
      Tsukamoto, Takamasa; Shimada, Tetsuya; Takagi, Shinsuke
    • Journal Title

      ACS Applied Materials & Interfaces,

      Volume: 8 Pages: 7522-7528

    • DOI

      DOI: 10.1021/acsami.5b11988

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Room Temperature Phosphorescence from a Guest Molecule Confined in Restrictive Space of an Organic-Inorganic Supramolecular Assembly2016

    • Author(s)
      Yohei Ishida, Tetsuya Shimada, Elamparuthi Ramasamy, Vaidhyanathan Ramamurthy and Shinsuke Takagi
    • Journal Title

      Photochemical & Photobiological Sciences

      Volume: 15 Pages: 959-963

    • DOI

      DOI: 10.1039/C6PP00124F

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Environment-responsive materials composed by dyes and layered compounds2017

    • Author(s)
      S. Takagi
    • Organizer
      The 1st International Workshop on Chromogenic Materials and Devices
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Construction of Clay-dye Membrane Aiming at Environment Responsive Light-harvesting System2016

    • Author(s)
      H. Nishina, S. Hoshino, Y. Ohtani, T. Shimada, S. Takagi
    • Organizer
      Asian Photochemistry Conference (APC)
    • Place of Presentation
      Nanyang (Singapore)
    • Year and Date
      2016-12-05 – 2016-12-08
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Surface-Fixation Induced Emission of Dyes on Inorganic nanosheets2016

    • Author(s)
      S. Takagi
    • Organizer
      HKUST Department of Chemistry Symposium
    • Place of Presentation
      香港(中国)
    • Year and Date
      2016-11-24 – 2016-11-24
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Unique Photochemical Behavior of Dyes on the Inorganic Surfaces and Their Application to Artificial Photosynthesis2016

    • Author(s)
      S. Takagi
    • Organizer
      International Symposium on Novel Chemistry and Engineering
    • Place of Presentation
      ラヨーン(タイ)
    • Year and Date
      2016-06-30 – 2016-07-01
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Sequential Energy and Electron Transfer Reaction in Organic Capsule Molecules: Inorganic Nanosheet Complexes2016

    • Author(s)
      S. Takagi
    • Organizer
      International Symposium on Novel Chemistry and Engineering
    • Place of Presentation
      ラヨーン(タイ)
    • Year and Date
      2016-06-30 – 2016-07-01
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Book] 二次元物質の科学―グラフェンなどの分子シートが生み出す新世界 (第11章 光化学の舞台としての無機ナノシート)2017

    • Author(s)
      高木慎介
    • Total Pages
      224(120-126)
    • Publisher
      化学同人
  • [Book] Inorganic Nanosheets and Nanosheet-Based Materials (Chapter 1.&14. )2017

    • Author(s)
      S. Takagi
    • Total Pages
      542(3-32,357-372)
    • Publisher
      Springer

URL: 

Published: 2018-01-16  

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