金属ポルフィリン多量体の励起エネルギー移行効率に対する水和環境の協働作用

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K14427
• 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): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 励起エネルギー移行 / 励起電子・正孔緩和過程 / 水和作用 / 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, 金属ポルフィリン多量体が着目されている. 金属ポルフィリン多量体の励起エネルギー移行効率の高さは, ポルフィリン環全体に広がったπ共役電子系がもたらすポルフィリン環同志の相互作用に由来する. すなわち, 金属ポルフィリン多量体における励起エネルギー移行効率とその分子構造は密接に関与している. 一方, 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, 金属ポルフィリン化合物の分子構造および電子状態に対する溶質・溶媒相互作用が無視できない. さらに, 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および新たな液体分子線ノズルの性能評価を行った. 真空実験装置へ導入された液体分子線試料が, 24時間以上安定に動作することが明らかになった. さらに, 電子エネルギー選別器の電子エネルギー分解能の向上を目指し, 実験装置に改良を施した. 実験装置内に生じた蒸発水蒸気の蒸着に伴う電子エネルギー選別器電極の絶縁体化を防ぐため, 電極に付着した水蒸気を連続的に加熱除去する機構を整備した.

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

水和金属ポルフィリン多量体を標的とした軟X線照射に伴う光電子分光実験の準備はほぼ完了した. しかし, 新型コロナウイルス感染症の影響に伴い原材料を入手するのが難しく, 親水性の金属ポルフィリン多量体試料の合成, 確保が出来なかった.
新型コロナウイルス感染症拡大防止の観点から, 放射光施設SPring-8におけるユーザータイムが大幅に削減されたことおよび別課題との兼ね合いから, 光電子分光実験を実施するためのマシンタイムを確保することが出来なかった. また, 他の放射光施設においても状況はほぼ同じであり, 実験データを取得するだけの時間は確保できなかった.
実験データの取得を目指し, 学内での実験装置の整備を進めている.

Strategy for Future Research Activity

新型コロナウイルス感染症拡大防止の観点から, 今後も放射光施設における実験が予定通り進捗しない可能性が高い. そこで, 水和金属ポルフィリンを標的とした電子衝撃実験を学内で進めていく. 当初の研究計画では, 気相あるいは固体の金属ポルフィリン多量体を標的とした子衝撃実験を行い参考データの取得を予定していた.
放射光施設における実験準備と並行して, 水和金属ポルフィリン多量体を標的とした電子エネルギー損失分光実験あるいは電子衝撃に伴う発光分光, イオン質量分析実験を推進していく.