2021 Fiscal Year Research-status Report
ナノフォトニック集光体による近赤外光異性化の実証と応用
| Project/Area Number |
20K21118
|
|---|
| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
|---|
Principal Investigator |
八井 崇 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80505248)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
飯田 健二 北海道大学, 触媒科学研究所, 准教授 (20726567)
田村 宏之 東京大学, 先端科学技術研究センター, 特任准教授 (60390655)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
|
| Keywords | 光異性化 / 近赤外光誘起 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
光異性化は古くから知られている。分子の異性体が変化することで、特性が劇的に変化するため、このような性質を利用して、近年では、光薬理学などの応用が世界的に広く行われている。しかしながら、光異性化は可視光あるいは紫外光によってしか生じない。そこで、本研究では近接場光エネルギーアップコンバージョンによって近赤外光を紫外光に変換するナノフォトニック集光体を作製し、近赤外光での異性化反応を誘起する。
エネルギーアップコンバージョンを行うために、ナノフォトニック集光体に関する基礎研究を行った。ナノフォトニック集光体では、近赤外光を照射した際に、近接場光誘起の二次高調波発生（Second Harmonic Generation: SHG）を誘起し、高効率に長波長光から紫外光を発生させるものである。ナノフォトニック集光体は大小二種類の量子ドット（Quantum dot: QD）から構成される。その際、小さいQDの基底エネルギーと大きいQDの励起エネルギーが共鳴しているものを利用する。これを隣接して合成すると、小さいQDで発生したSH光が大きいQDにエネルギー移動を起こして集光されるので、高効率に近赤外光から紫外光へのエネルギーアップコンバージョン（短波長化）が実現する。
具体的には、まずナノフォトニック集光体の有効性を示すため、大小２種類のQDを混合して、ナノフォトニック集光体の有用性を検証した。
次に、光異性体としてジアリールエテンを用いて、長波長光を用いた異性化の検証を行った。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ナノフォトニック集光体の合成には、大小二つのQD（大QD：CdSe、小QD:CdS）を1:1の割合で混合させ、光硬化樹脂に混ぜた。光硬化樹脂として波長488nm の光を照射することにより硬化するPARQITを使用した。次に、混合した溶液を緑色のレーザ（波長532nm、24mW）で1時間照射し、ナノフォトニック集光体を作製した。レーザを1時間照射したサンプルに発光強度の明瞭な増大がみられた。この波長の半分の波長が紫外光領域であり、光異性化に適したナノフォトニック集光体を作製することに成功した。
近接場光誘起のSHGによるジアリールエテンの異性化は、近接場光源としてナノダイヤを使用して実験を行った。しかしながら、近接場光誘起のSHGで異性化を確認するには至らなかった。
|
| Strategy for Future Research Activity |
ナノダイヤモンドによるジアリールエテンの異性化が達成できなかった本質的な要因は635nmレーザでジアリールエテンが無色体に戻ってしまうことと考えられる。そのため、使用する光の波長は、635nmより長波長で700nm付近の光を使用することで、近接場光誘起SHGによるジアリールエテンの異性化を期待することができる。また、近接場光源であるナノダイヤが沈殿していたため、今後は近接場光源を溶液中に均一に分散するように、ナノダイヤモンド表面修飾の最適化を行う。
|
| Causes of Carryover |
コロナ禍の中、出張による旅費支出がなくなったこと、また、実験に使用予定であったレーザが故障したため計画していた実験が停止した。レーザを買いなおして実験するための時間が短かったため、次年度に使用額を残した。
次年度は、必要となる光源の購入や、ナノフォトニック集光体の分析費用（外注による透過電子顕微鏡分析費）にあてること、また成果発表によるオープンアクセス費用などに使用する。
|
