2021 Fiscal Year Research-status Report
集団励起状態実現に向けた自己組織化能を有するπ-σ-π型分子の開発
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20K05449
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| Research Institution | Chitose Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
坂井 賢一 公立千歳科学技術大学, 理工学部, 准教授 (50342788)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 集団励起状態 / 蛍光 / 自己組織化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、「単一分子の励起状態」とは本質的に異なった「分子会合体における集団励起状態」を実現するための新規分子系の創出である。J会合体の発見以来、分子会合体の研究は集団励起を起源とした新たな電子・光物性の開拓を視野に物理・化学の両面から活発に進められているが、対象となる分子の候補はシアニン系色素やペリレンジイミド系色素の他、僅かなものに限られているのが実状である。本研究では、サリチル酸メチル(MS)2分子をアルコキシ鎖で連結した双頭型(π-σ-π型)分子、MS-dyads を対象にして、その集積性の評価、及び集団励起状態実現へ向けた分子設計指針の確立を目指している。初年度に引き続き次年度も分子合成、および光学特性の評価を進め、これまでに蓄積された実験データを基にMS-dyadsの高濃度溶液中で観測される特徴的な吸収・蛍光スペクトルに対して、それら特徴を説明し得る妥当な集積体(五量体)モデルを提案するに至った。五量体は単結晶X線構造解析から得られた分子間の配置を参考に構築した。DFT計算の結果、五量体のLUMOは、MS間での高い軌道位相の整合性により分子積層方向に大きく広がって分布することが示唆された。また基準振動解析によって、五量体は1400 cm-1近傍に大きな振動子強度をもつ振動モードを与えることも示唆された。これら計算結果から、MS-dyadsが高濃度溶液中で集積体を形成することで単量体の場合に比べて大きく長波長側にシフトした吸収、蛍光スペクトルを与えることや、またそれらのスペクトルにはおおよそ1400 cm-1のエネルギー間隔で明瞭な振動プログレッションを示すことが首尾よく説明された。以上の結果を纏めた論文が、米国化学会の物理化学系専門誌(J. Phys. Chem. B)に受理・掲載され、Supplementary Cover Artにも採用された。
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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
これまでの研究期間内に蓄積された実験・計算データを基に、MS-dyadsで観測される特異な光学特性に対して、有効な集積体モデルを提案することに成功した。また、その成果を学術論文に纏め上げることが出来たので、おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
集積化にはMS部位が有効であることを突き止めたが、必ずしも両端にMS部位が存在する必要がないこともわかってきた。実際、片側をMS以外のものに置き換えても集積性が確認される場合があり、また、それにより集積性が向上するものも見出している。今後は光学活性部位の導入などを検討して、集積体構造、および集団励起状態の制御を念頭に研究を進める。
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| Causes of Carryover |
残額が 3,749円であり、ほぼ予定通りの使用であった。
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