Development of organic nanohybrids with strong circularly polarized luminescence property based on molecular assembling technique and evaluation of their applicability

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05283
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 28030:Nanomaterials-related
• Research Institution: Kumamoto Industrial Research Institute
• Principal Investigator: Ryu Naoya 熊本県産業技術センター(ものづくり室、材料・地域資源室、食品加工室), その他部局等, 研究主任 (90743641)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高藤 誠 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (50332086)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 円偏光ルミネッセンス / 蛍光 / キラリティ / 分子集合体 / 色素

Outline of Final Research Achievements

We found that chiral assemblies of enantiomeric lysine-derived amphiphiles induced intense circularly polarized luminescence (CPL) in a non-chiral cyanine dye in combination with strong emission. In the co-assembling system which shows strongest CPL and emission, the emission quantum yield, molar absorption coefficient and emission dissymmetry factor were estimated to be 0.7, 390,000 /M cm and 0.14, respectively. The enhancements of the quantum yield and absorption coefficient are probably because of restriction of the internal rotations of the dye molecules by embedded in the tightly packed hydrophobic cavities of the amphiphile assemblies as monomeric species. We concluded that the CPL property was due to induced chiral arrangement of the dye molecules without direct stacking in the chirally arranged amphiphile assemblies.

Free Research Field

ナノ材料科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまでに報告されている円偏光発光材料では、大きな発光非対称性因子と強い発光を同時に得ることは困難であった。本研究により、色素の分子運動を抑制し、かつ色素分子が会合しない距離をもってキラルに配向させることにより、大きな発光非対称性因子と強い発光を両立できることが明らかとなった。この成果は、今後、実用レベルの円偏光発光材料を設計・開発するうえでの戦略のひとつになると期待される。
また、本研究において、初めてリシンやオルニチンから二鎖型両親媒性化合物を開発し、その分子構造とキラリティの強さについて検討した。この成果は、分子集合体およびキラリティにかかわる分野において重要な知見となる。