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2013 Fiscal Year Annual Research Report

光電導性高分子固体系における非局在イオン状態生成のダイナミクスとメカニズム

Research Project

Project/Area Number 23245004
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

宮坂 博  大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (40182000)

Project Period (FY) 2011-11-18 – 2014-03-31
Keywords光誘起電子移動 / 電荷シフト反応 / 非局在イオン状態 / フェムト秒分光 / 過渡吸収二色性 / 近赤外分光
Research Abstract

電子供与体(D)と受容体(A)間で進行する光誘起電荷分離(A*+D→A-D+)に続く電荷シフト過程(たとえばA-D+D→A-DD+)は、天然・人工系の光電変換初期過程として重要な役割を果たしている。特に電荷再結合と競争する電荷シフト反応速度の大小は光エネルギー利用効率に深く関わる。しかし低誘電率(3から4)の有機固体では、対間距離の増大を伴う同種分子間の電荷シフト過程は大きな吸熱過程(0.3-0.6eV)となるため、通常の電子移動理論からは再結合速度と比べて3桁から6桁以下の小さな速度しか期待できない。我々は芳香族ポリマー固体系の測定から、このようなポリマー系では電荷シフト過程が109/s程度の高速過程であることを明らかにし、またこの理由として、非局在化カチオン状態が迅速に生成し、実効的なA--D+間距離の増大によるクーロン引力と再配向エネルギーの低下が高速電荷シフト反応を可能とすることを提案した。本研究ではフェムト秒過渡吸収、過渡吸収二色性、近赤外吸収測定などの超高速時間分解測定により、非局在化カチオン状態の生成ダイナミクスの解明を行い、効率の良い電荷シフトを可能とする分子系の設計指針を獲得することを目的とした。
装置の拡充を行い、代表的な芳香族ビニルポリマー系に対し室温から10K の温度範囲でフェムト秒―サブミリ秒の時間分解計測を行い、サブピコ秒からピコ秒で進行するカチオンの非局在化を、実験的に確認し、強いトラップにはつながらない非局在化を利用することで、Marcus 理論を超える高速な電荷シフト過程が可能となることが明らかにした。また、新たに空間時間分解測定を可能とするフェムト秒顕微過渡吸収測定システムを構築し、有機太陽電池系の測定に応用し、空間的に不均一に分布する電荷分離状態の時間挙動を時間分解能数10fs、空間分解能800nm程度の精度で測定できることを確認した。

Current Status of Research Progress
Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (17 results)

All 2014 2013

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 7 results) Presentation (8 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Ultrafast solvation dynamics and charge transfer reactions in room temperature ionic liquids2014

    • Author(s)
      Y. Nagasawa, H. Miyasaka
    • Journal Title

      Phys. Chem. Chem. Phys

      Volume: (in press)

    • DOI

      10.1039/C3CP55465A

  • [Journal Article] Cooperative Conformational Change and Excitation migration of biphenyl-PMO amorphous film, as revealed by femtosecond time-resolved spectroscopy2014

    • Author(s)
      Y. Ishibashi , T. Katayama, H. Saito , K Yamanaka , Y .Goto , T. Tani , T. Okada , S. Inagaki , H.Miyasaka
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. C

      Volume: in press Pages: in press

    • DOI

      10.1021/jp502734u

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Constraint-induced structural deformation of planarized triphenylboranes in the excited state2014

    • Author(s)
      T. Kushida, C. Camacho, A. Shuto, S. Irle, M. Muramatsu, T. Katayama, S. Ito, Y. Nagasawa, H. Miyasaka, E. Sakuda, N. Kitamura, Z. Zhou, A. Wakamiya, S. Yamaguchi
    • Journal Title

      Chem. Sci.

      Volume: 5 Pages: 1296-1304

    • DOI

      10.1039/C3SC52751D

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Mechanistic studies of photoinduced intramolecular and intermolecular electron transfer processes in RuPt-centred photo- hydrogen-evolving molecular devices2014

    • Author(s)
      C. V. Suneesh, B. Balan, H. Ozawa, Y. Nakamura, T. Katayama, M. Muramatsu, Y. Nagasawa, H. Miyasaka, K. Sakai
    • Journal Title

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      Volume: 16 Pages: 1607-1616

    • DOI

      10.1039/C3CP54630F

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Controlled spontaneous emission of single molecules in a two-dimensional photonic band gap2013

    • Author(s)
      T. Kaji, T. Yamada, S. Ito, H. Miyasaka, R. Ueda, S. Inoue, A. Otomo
    • Journal Title

      J. Am. Chem. Soc.

      Volume: 135 Pages: 106−109

    • DOI

      10.1021/ja3115357

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 6. Permanently fixing or reversible trap-and-release of DNA micropatterns on a gold nano structure using continuouswave or femtosecond pulsed near-infrared laser light2013

    • Author(s)
      T. Shoji, J. Saitoh, N. Kitamura, F. Nagasawa, K. Murakoshi, H. Yamauchi, S. Ito, H. Miyasaka, H. Ishihara, Y. Tsuboi
    • Journal Title

      J. Am. Chem. Soc.

      Volume: 135 Pages: 6643−6648

    • DOI

      10.1021/ja401657j

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 7. Temperature near gold nanoparticles under photoexcitation: evaluation using a fluorescence correlation technique2013

    • Author(s)
      H. Yamauchi, S. Ito, K. Yoshida, T. Itoh, Y. Tsuboi, N. Kitamura, H. Miyasaka
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. C

      Volume: 117 Pages: 8388−8396

    • DOI

      10.1021/jp311173j

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 8. Photoinduced charge-transfer dynamics of sequentially aligned donor–acceptor systems in an ionic liquid2013

    • Author(s)
      M. Muramatsu, T. Katayama, S. Ito, Y. Nagasawa, D. Matsuo, Y. Suzuma, L. Peng, A. Orita, J. Otera, H. Miyasaka
    • Journal Title

      Photochem. Photobiol. Sci

      Volume: 12 Pages: 1885-1894

    • DOI

      10.1039/C3PP50198A

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 多重光プロセスが拓く新機能2014

    • Author(s)
      宮坂 博
    • Organizer
      日本化学会第94春季年会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      20140327-30
  • [Presentation] 広視野フェムト秒顕微過渡吸収測定による不均一固体光電変換系における電子移動反応ダイナミクス2014

    • Author(s)
      片山哲郎、神野 央、宮坂 博
    • Organizer
      日本化学会第94春季年会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      20140327-20140330
  • [Presentation] 超高速電子移動と核波束運動:フェムト秒縮退四光波混合による観測2013

    • Author(s)
      長澤 裕,竹内英介,南部翔平,米田勇祐,村松正康,宮坂 博
    • Organizer
      第7回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      20130924-20130927
  • [Presentation] 広視野顕微過渡吸収測定手法によるP3HT-PCBM不均一個体系の励起子拡散および電子移動反応の直接観測2013

    • Author(s)
      片山哲郎,神野 央,宮坂 博
    • Organizer
      第7回分子科学討会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      20130924-20130927
  • [Presentation] 結晶系ジアリールエテン誘導体のフェムト秒過渡吸光度イメージング2013

    • Author(s)
      神野 央,片山哲郎,小畠誠也,宮坂 博
    • Organizer
      光化学討論会
    • Place of Presentation
      松山
    • Year and Date
      20130911-20130913
  • [Presentation] 無極性溶媒のナノ液滴中における単一ゲスト分子の蛍光発光挙動2013

    • Author(s)
      伊都将司、飯田篤史、安田雅一、宮坂 博
    • Organizer
      光化学討論会
    • Place of Presentation
      松山
    • Year and Date
      20130911-20130913
  • [Presentation] 1. Thermal anneal effects of the charge trapping sites in P3HT-PCBM solid fi lm as revealed by femtosecond transient absorption microscopy,2013

    • Author(s)
      Tetsuro Katayama, Akira Jinno, Hiroshi Miyasaka,
    • Organizer
      26th International Conference on Photochemistry
    • Place of Presentation
      Leuven, Belgium
    • Year and Date
      20130721-20130726
  • [Presentation] 2. Femtosecond transient absorption microscopic study of diarylethene derivatives in single-crystalline phase2013

    • Author(s)
      Akira Jinno, Tetsuro Katayama, Seiya Kobatake, Hiroshi Miyasaka
    • Organizer
      26th International Conference on Photochemistry
    • Place of Presentation
      Leuven, Belgium
    • Year and Date
      20130721-20130726
  • [Book] New Frontiers in Photochromism2013

    • Author(s)
      Y. Ishibashi, T. Katayama, H. Miyasaka
    • Total Pages
      298
    • Publisher
      Springer

URL: 

Published: 2015-05-28  

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