Creation of function and paint of gas-responsive emission in the solid state based on complex dye

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K17881
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: 西川 道弘 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, NIMSポスドク研究員 (60711885)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 塗料 / 錯体 / 発光

Outline of Annual Research Achievements

真空中、窒素中、アルゴン中は、大気中に比べて酸素の濃度が小さくなっているが、目視で区別することはできない。我々は特殊なジホスフィンと銅イオンが分子レベルで結合した物質である色素を合成した。この色素は明るいところでは白く見える。暗いところでは見えないが、ブラックライトを当てると青色に見える。これは発光（フォトルミネッセンス）と呼ばれる現象である。この固体は酸素の濃度が小さいところでは明るい青色の発光に見える。これに対し酸素の濃度が大きいところでは暗くて発光が見えなくなる。これを酸素を視覚化する固体発光と呼ぶ。この珍しい現象を示す固体について、新規化合物の合成と性質解明に成功し発光のカラーバリエーションを増やした。真空中から大気中への変化は目視でも観測でき、0.1秒以内に発光として検出できた。
この化合物の固体粉末について示差走査熱量計(DSC)に着目し分析を行った。合成したままの粉末の状態は２００度まで信号は観測されないことから、熱に対して丈夫な粉末であることがわかった。これに対しすりつぶした粉末は熱を吸収する信号（吸熱ピーク）が観測された。このことから、種々の分析方法では見分けることができなかった化学構造式が同一の粉末の状態を区別することができるようになった。
強く発光する酸素に対し安定な銅錯体と酸素に応答する今回の銅錯体の二種類の試料を用いた。錯体色素の粉末を亜麻仁油に加えてメノウ乳鉢で混ぜて油絵具の塗料を作製し、黒い紙に塗布した物質の性質を固体粉末と比較した。銅一価錯体について、塗料中は新規な物質中であり研究が必要な実験条件であったが、塗料中は固体粉末で調べた発光特性を誤差範囲でそのまま適用できることを見出した。今回の錯体の塗料を塗った紙をキャップ付きの専用の容器に入れ、アルゴン中の発光は大気中に比べて強くなっていることがわかり、酸素を可視化する塗料の作製に成功した。