Dynamic elucidation of the mechanism of photomechanical effects of photoreactive molecular crystals

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K14603
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 32020:Functional solid state chemistry-related
• Research Institution: Osaka Metropolitan University (2022); Osaka City University (2021)
• Principal Investigator: Kitagawa Daichi 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 講師 (50736527)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 光反応性分子結晶 / フォトメカニカル / 協同的光反応 / 伝播

Outline of Final Research Achievements

In this research project, we focus on the photomechanical response of photoreactive molecular crystals, and aim to clarify how the microscopic molecular changes and macroscopic physical property changes are related each other. As a result, by using an extended Finke-Watzky model, which is an application of the model used in nucleation and growth theory to the photoreaction, the photoreaction dynamics in 9-methylanthracene single crystals could be quantitatively investigated. In addition, in 2,5-distyrylpyrazine crystals, we newly found that the photoreaction proceeds from the edges of the crystal toward the center. It was clarified that the large difference in photoreactivity between the crystal surface and the inside of the crystal is the origin of the edge-to-center propagation of the photoreactions.

Free Research Field

光機能材料化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

光反応性分子結晶は次世代機能材料として注目を集めている。したがって、その機能を合理的に設計・応用するには光反応ダイナミクスに基づいた固体物性変化の理解が重要であるが、様々な分子間相互作用が強く働く結晶中の光反応ダイナミクスそのものを定量的に評価する手法があまりなく、手つかずの研究領域となっていた。本研究課題で得られた成果は、結晶中の分子間相互作用によって引き起こされる協同的光反応過程を組み込み、その光反応ダイナミクスを定量的に評価できることから、光反応ダイナミクスに基づいた固体物性変化の理解に大きく貢献すると考えられ、今後の機能材料創生において重要な役割を果たすと期待される。