2021 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 / 協同的光反応 / 光応答性分子結晶 |
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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形成過程の定量的評価に取り組んだ。一部の光応答性分子結晶では反応した部分から広がるようにドメイン形成する光反応ナノ形態を経ながら、協同的に光反応が進行することが報告されている。反応量子収率は光反応を定量的に議論する上での基本情報であるが、協同的光反応の量子収率の報告はない。これは、光反応に伴う結晶の破損により正確な測定が困難なためである。この課題を解決するために厚さ1μm程度の薄膜結晶を用いることを考えた。協同的光反応では、反応の進行に伴って反応量子収率が大きくなることが予想される。そこで本研究では、9-メチルアントラセンの薄膜単結晶と多結晶薄膜を用いて協同的光反応の定量的評価を行った。まず、協同的光反応の評価方法の確立を行った。協同的光反応を反応する分子に対して周囲の反応分子と生成分子が影響を与える反応として光反応モデルを立てた。そのモデルから実験的に測定できる吸光度減衰を再現するための理論式を導出した。さらに測定値に対して理論式でフィッティングして取得した定数から協同的光反応の反応量子収率を反応率の関数として算出する評価方法の確立に成功した。次に、実験的に測定した吸光度減衰を理論式でフィッティングし反応量子収率を算出した。薄膜単結晶では反応終了直前の反応量子収率が初期のおよそ2.5倍となることがわかった。一方、多結晶薄膜では反応終了直前の反応量子収率は初期のおよそ9倍になり単結晶と異なることが明らかになった。一般に、単結晶と多結晶では結晶欠陥の密度が異なる。従って、定量的評価により結晶欠陥が協同的光反応に影響を与えることがわかった。以上のように光反応ナノ形態の形成過程の評価方法を確立し、その定量的評価に成功した。
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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3年度では光反応ナノ形態の形成過程を定量的に評価する方法を確立し、9-メチルアントラセンをモデル化合物として薄膜単結晶と多結晶薄膜での違いを定量的に明らかにすることに成功した。これらの研究成果は今後の光反応ナノ形態の評価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、光反応ナノ形態の形成過程の定量的評価方法の確立に取り組んだ。今後は他の光応答性分子結晶の薄膜単結晶や多結晶薄膜を用いて同様の定量的評価を行うことで、反応量子収率の観点からナノ形態に関する更なる知見を収集し、解明と制御について検討する。
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