2018 Fiscal Year Research-status Report
二種類の配位構造を利用した光照射下での相転移と光のエネルギー貯蔵の研究
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18K19061
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
内藤 俊雄 愛媛大学, 理工学研究科(理学系), 教授 (20227713)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | 光応答 / 構造相転移 / 金錯体 / 分子結晶 / 電荷移動錯体 / エネルギー変換 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、本申請者が最近発見した金(III)錯体（以下、金錯体Ａと呼ぶ）に注目した。この錯体分子は、中心金属の金原子がピラミッド型、もしくは平面正方形型に配位しており、いずれも錯体1分子当たり電子1個分にも満たない僅かな量の不対電子を持っている。この2種類の配位構造の割合は熱力学的平衡にあり、250 K付近で磁性と配位構造の割合が同時に変わる相転移がある。また光で励起した場合も、2種類の配位構造の割合が変わり、その緩和時間が室温で36時間もある。こうした特徴を持った物質は、かつて例がない。本研究では、光照射下での電気及び磁気物性と結晶構造の温度変化を追跡することで、光励起が熱力学的相転移にどう影響するか実験的に検討した。熱励起と光励起との対応関係や非平衡状態での熱力学といった科学の根本的問題を検証した。更に温度変化と光励起とを組み合わせ、配位構造の変化を制御して、光のエネルギーを結晶中に蓄え、必要な時に発光できる物質の開発を試みた。こうした物質も前例がなく、成功すれば太陽光発電同様、再生可能エネルギーの利活用に貢献できるからである。H30年度は金錯体Ａに類似の金錯体ＢとＣ（いずれも新物質）を合成し、その分子構造、結晶構造、電気伝導度などを、光応答も含めて、実験によって明らかにした。それらの結果と理論計算とを併用して、金錯体とその周囲の分子との相互作用や電子密度分布を100から300 Kまで、暗黒下と紫外線照射下の両方の状態で明らかにした。結果として、金錯体ＢやＣはどういった状況でも配位構造を1種類しか示さず、熱力学的相転移も示さなかった。しかし、3つの金錯体Ａ，Ｂ，Ｃを比較することで、どういう要因が金錯体Ａの特殊性を実現しているのかが明らかになった。これにより次年度以降の目的とする物性を持った物質（金錯体）の開発の方針がより明確になった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の研究計画に沿って、金錯体Ａと類似の金錯体Ｂ（新物質）を合成でき、その結晶構造、分子構造、電子状態などを温度変化と光励起とを組み合わせて広範囲の条件下で詳細に検討できた。また予想外の進捗として、金錯体Ｂに類似の金錯体Ｃも得られ、それについても並行して同様の検討を行い、完了した。逆に否定的な意味で予想外だったのは、これら2種類の錯体がＡに酷似していながらも、当初期待された熱力学的相転移や光応答性の構造変化を示さなかったことである。こうした当初の計画以上の進捗と否定的な結果の両方を得たため、上記のような評価になった。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の研究計画通り、次年度以降は金錯体Ａに類似のより広範囲の新物質を検討していく必要がある。これまでは芳香族アミンの誘導体として2価の正イオンにターゲットを絞ってきたが、類似の反応性や分子構造を持つ、1価の含複素原子芳香族炭化水素誘導体も積極的に試していく。これらは単に価数が違うだけでなく、より金原子と相互作用が強まると期待される不対電子を硫黄原子付近に集めているなど、目的に対して有望と期待できる要因が多い。
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| Causes of Carryover |
本報告書に記したとおり、検討した試料（未知物質であったが、本計画に基づき合成に成功した）が、予想に反し期待した性質を示さなかったため、一時他の関連物質の合成を中断し、ターゲット物質を今一度精査した。そのため、多少(5.6%)薬品代などに繰り越し金が生じた。次年度使用額の使用計画については、当初の目的通り薬品代など、ターゲット物質の合成に必要な理化学消耗品を購入する費用に充てる。
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