2020 Fiscal Year Annual Research Report
光応答性分子結晶中における光反応ナノ形態の解明と制御
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20J20030
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
森本 晃平 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 特別研究員(DC1)
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2020-04-24 – 2023-03-31
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| Keywords | アントラセン / 有機結晶 / 固体光反応 / [4+4]光二量化反応 / 光反応ナノ形態 / 特異的光反応 / フォトメカニカル効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、光応答性分子結晶中における光反応ナノ形態の解明と制御を目指している。本年度は光反応ナノ形態の評価のための最初の化合物として過去に光反応前後の結晶構造などの多くの情報が報告されていた9-メチルアントラセンを選択し研究を行った。粉末結晶を用いたナノ形態の評価のためのテラヘルツ波測定を実施する前に、単結晶を作製して顕微鏡観察を行った。その際に光照射時間に対する単結晶の形状変化が非線形関係になるという計画当初には予期していなかった新たな発見にめぐりあった。これを光反応ナノ形態によるものではないかと考え、詳細に評価を行った。“分子間”光二量化反応を示す9-メチルアントラセン(9MA)は過去に結晶中で光反応ナノ形態の形成過程を経ることが多結晶薄膜を用いて報告されている。そこで9MA単結晶中でのナノ形態形成過程を評価し、さらに光誘起形状変化との関係も調べた。まず、9MA 単結晶の吸収スペクトルを測定し、単結晶中のナノ形態形成過程を評価した。9MAの単量体に由来する吸収帯の吸光度変化を紫外光照射時間に対してプロットするとシグモイド曲線を描き、単結晶中で光異性体がドメインを形成しながら光反応するナノ形態形成過程の検出に世界で初めて成功した。さらに単結晶の光誘起形状変化を観察したところ、結晶のサイズは紫外光照射時間に対し明確な誘導期を持って変化した。光誘起形状変化と単量体吸光度変化を同時に測定し、反応転化率と形状変化の関係を調べた結果、線形関係を示した。これにより9MA結晶の形状変化はナノ形態形成過程によって生み出された付加的な歪みにより生じることが明らかとなった。
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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
本研究では、光応答性分子結晶中での溶液中とは異なる特異的光反応である光反応ナノ形態の解明と制御を目的として研究を行っている。本研究の達成のためには、様々な光応答性分子の結晶状態での光反応ナノ形態を種々の分光手法を用いて評価することが必要である。上述したように、令和2年度では結晶状態において[4+4]型の光二量化反応を示す代表的な化合物である9-メチルアントラセンの単結晶を用いた光反応ナノ形態形成過程の評価を達成した。さらに、光応答性分子の単結晶が有する重要な性質である結晶形状変化と光反応ナノ形態形成過程との関係を明らかにすることにも成功した。これらの研究成果は今後の研究を推進するための重要な成果と考えられ、おおむね順調に進展しているものと判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度においては9-メチルアントラセン単結晶の可視域における吸収スペクトルの変化を測定することでナノ形態の評価を取り組んだ。今後は他の光応答性分子結晶についても同様の評価を行い、ナノ形態に関するさらなる知見を取得することでその制御について検討する。また、光応答性分子結晶中における光反応ナノ形態の分子間振動に対応するテラヘルツ波吸収スペクトルを測定し、量子化学計算による理論解析を用いてナノ形態についての詳細な評価を行う。
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Research Products
(5 results)
