2020 Fiscal Year Annual Research Report
Controlling excited-state proton transfer dynamics using nanocavity engineering
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19F19034
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
恩田 健 九州大学, 理学研究院, 教授 (60272712)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
KONINTI RAJ KUMAR 九州大学, 理学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2019-10-11 – 2022-03-31
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| Keywords | 光化学 / 多孔性シリカ / ゼオライト / ベンゾフェノン / 時間分解発光分光 / フェノチアジントリアジン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
分子の励起状態特性の操作は基礎、応用両面から重要である。同一分子でも周囲の環境によって励起状態の性質が変調されることが知られているが、分子レベルの理解は非常に限られている。そこで本研究課題では、これまで研究代表者のグループで実績のある各種時間分解分光手段を用いて、ゼオライト、多孔性シリカなどのナノ空間中に閉じ込められた発光性小分子の発光特性変化とそのメカニズム解明を目的とする。
前年度までに基本的な発光性分子であるベンゾフェノン(Bzp)において、より狭いキャビティ中において熱活性化遅延蛍光(TADF)がより顕著に観測されることを明らかにした。この結果を踏まえ本年度は、様々なサイズのナノ空間中へBzpを閉じ込め、その光物理的特性、すなわち発光寿命、発光量子収率、発光スペクトル、およびその温度依存性、濃度依存性を詳細に検討した。その結果、Bzpのキャビティ内におけるTADF活性化は、励起三重項状態のエネルギー不安定化によるものであることを明らかにした。
さらに、様々な発光性分子における同様な測定を試みたところ、電子ドナー部位(PTZ)とアクセプター部位(TRZ)がフレキシブルに結合したフェノチアジントリアジン(PTZ-TRZ)において、光物理的特性の変化だけでなく、ナノキャビティ内への吸着速度が光照射により著しく増加することを見出した。これはこれまでに知られていない現象であり、光による分子の吸脱着の制御、ひいてはドラッグデリバリーなどへの応用が期待される。今後、その詳細な機構の解明を目指す。
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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
前年度に見出した、より狭いキャビティ中において熱活性化遅延蛍光がより顕著に観測される現象を、様々な時間分解測定および量子化学計算により、その原因を明らかにすることに成功した。この成果については現在、論文執筆中であり、近々投稿予定である。一方、ある種のドナー・アクセプター型の発光性分子において、ナノキャビティ内への吸着量を光照射により制御できることを見出した。このような現象はこれまでに知られておらず、様々な応用が期待される画期的な成果である。現在そのメカニズムを解明するための研究を続けており、励起状態における電荷分布の変化と構造変化の複合的な要因であることがわかってきている。以上のことから本年度の進捗状況をおおむね順調と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は本年度新たに見出した、ある種のドナー・アクセプター型分子においてナノキャビティ内への吸着速度が光照射により著しく増加する現象のメカニズム解明を目指す。吸着現象の励起波長依存性、温度依存性、照射強度依存性などを詳細に検討することにより、吸着過程を明らかにする。さらに吸着状態における発光寿命、発光量子収率、発光スペクトルおよびその温度依存性から、吸着状態における分子の励起電子状態、励起分子構造を明らかにする。また、ナノキャビティの空間サイズ、親水性の制御、および様々な構造、電荷移動特性を持つ分子の測定を行い、より効率的な光誘起吸脱着現象を見出す。一方、ナノキャビティ内吸着における新たな現象を見出すべく、別の様々なタイプの発光性小分子を用いた測定も行う。さらに発光測定だけでなく、時間分解赤外分光や可視紫外過渡吸収分光も用い、キャビティ内励起状態の詳細な解析も行う。
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