2014 Fiscal Year Annual Research Report
近赤外マルチプレックス逆ラマン分光計の開発と光導電機構の解明
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24750023
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| Research Institution | Gakushuin University |
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Principal Investigator |
高屋 智久 学習院大学, 理学部, 助教 (70466796)
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2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 時間分解分光 / 逆ラマン分光 / 近赤外分光 / 光電子移動 / 導電性高分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光電子移動反応や光導電性有機高分子化合物の緩和・電荷分離に伴う分子構造の変化を試料からの蛍光に妨害されずに観測し，光導電機構を明らかにするため，フェムト秒時間分解近赤外マルチプレックス逆ラマン・誘導ラマン分光計を開発した．分光計の時間分解能300 fs，波数分解能5 cm-1を達成した．
本分光計を用い，まずβ-カロテンの励起状態であるS2 (1Bu+)状態（寿命200 fs），およびS2状態からの内部転換により生成するS1 (2Ag-)状態（寿命9 ps）のフェムト秒時間分解近赤外誘導ラマンスペクトルを観測した．S2状態における同位相C=C伸縮振動の振動数は1580 cm-1であった．光励起時に余剰エネルギーを与えると，S1状態において同位相C=C伸縮振動が2成分の高波数シフトを示した．この結果から，S2状態からS1状態への内部転換後，余剰エネルギーが2段階で再分配されることが分かった．
次に，本分光計を用いて光導電性有機高分子化合物の励起ダイナミクスを観測した．基本的な光導電性有機高分子であるポリ(3-ヘキシルチオフェン) (P3HT)を溶液とした場合，P3HTの環伸縮振動バンドが励起後100 psの間に約50 cm-1の低波数シフトを示し，同じ時間で環変角振動バンドの強度が増大した．これらのスペクトル変化から，光照射直後の励起状態から電荷分離状態が生成し，平衡状態となることが示唆された．P3HTをフラーレン誘導体と混合し，薄膜に成型して同様の観測を行うと，励起後50 psにおいて正ポーラロンの環伸縮振動バンドが観測された．バンドの位置から，光生成する正ポーラロンの構造が化学酸化で生成するものとは異なることが明らかとなった．
本研究の結果，フェムト秒時間分解近赤外マルチプレックス逆ラマン・誘導ラマン分光計が，溶液および薄膜中で光励起された光導電性有機高分子化合物の電荷状態および構造変化を明らかにするうえできわめて有用な手法であることが示された．
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