水和環境下における金属ポルフィリン化合物の励起エネルギー移行過程の解明

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K23622
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: 熊谷 嘉晃 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60842739)
• Project Period (FY): 2019-08-30 – 2021-03-31
• Keywords: 励起エネルギー移行 / 金属ポルフィリン多量体 / 水和環境 / 光アンテナ分子 / 人工光合成 / 時分割X線オージェ電子分光 / 液体分子線

Outline of Annual Research Achievements

持続可能な社会を実現する上で, 環境・エネルギー問題の解決は人類における喫緊の課題である. その解決策として, 光エネルギーを利用した人工光合成が広く研究されている. 人工光合成における光アンテナ分子として, 金属ポルフィリン化合物が着目されている. 近年の量子生命科学研究から, 金属ポルフィリン化合物は, 蛍光共鳴エネルギー移行を介して, 可視光を100%近い量子効率で吸収する機能性分子であることが明らかにされた.
水溶液は人工光合成デバイスにおける理想環境の一つである. しかし, 水和環境下では, 励起エネルギー移行過程に対する溶質・溶媒相互作用が無視できない. 水和による金属ポルフィリン化合物の励起エネルギー移行課程に対しては, 電子状態・構造変化だけでなく, 励起電子・正孔緩和過程の複雑化が大きく寄与すると予想される.
当該課題の最終目標は, 時分割オージェ電子分光を水和環境下にある金属ポルフィリン化合物に対して適用し, 励起エネルギー移行効率に対する協同的な水和作用を明らかにすることである. 当該研究期間では, 水和試料を真空実験装置へ導入する液体分子線システムの改良, とくに新たな液体分子線ノズルを開発した. 当該ノズルを用いることで, 液体分子線試料を真空実験装置へ導入した際にしばしば問題となる試料の経時変化を抑えることができた.
電子分光実験に先立ち, 改良した液体分子線システムを用いて, 液相状態の水を標的とした軟X線照射に伴い生成するイオンの収量を入射光子エネルギーの関数として測定した. 飛行時間型のイオン質量分析器を用いることで, イオンフラグメントを電荷質量比毎に分離し, 収量を測定した. 液体分子線試料の表面付近から放出された水分子イオンおよび解離イオン断片の観測に成功した. また, 内殻イオン化に伴う液相水分子の緩和過程に関する知見を得た.