2015 Fiscal Year Annual Research Report
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25220805
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
君塚 信夫 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90186304)
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| Project Period (FY) |
2013-05-31 – 2018-03-31
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| Keywords | 自己組織化 / 金属錯体 / 誘電性 / アップコンバージョン / ナノ界面 / エネルギーマイグレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、有機分子の自己組織化現象に基づき、超分子的にエネルギーランドスケープが制御された、革新的なフォトン・アップコンバージョン材料ならびに外場応答機能を有する自己集積型高分子材料の設計・構築学理を開拓することを目的とする。分子組織化学の方法論をエネルギーランドスケープの制御という観点から発展させ、フォトン変換材料やフレクシブルな強誘電性材料など、社会的要請の高い機能を発現するための分子システム化学を創成する。
平成27年度は 次の研究成果を得た。
（１）イオン液体アップコンバージョンシステムの開発：凝縮系でありながら共連続相規則構造をとることが期待されるイオン液体に、アクセプターであるジフェニルアントラセン発色団を導入したところTTA-UC発光が観測された。このイオン液体中における三重項拡散係数DTを算出したところ、 1.6×10–6 cm2/s と、通常のアモルファス材料よりも約二桁高い値を示した(Angew.Chem.Int.Ed. 2015)。驚くべきことに、三重項拡散長はLT = (DT τA,T)0.5 = 0.63 µmと、サブマイクロオーダーの長距離であった。このように、イオン液体の共連続相構造を利用し、液体において高速かつ長距離の三重項エネルギー拡散をはじめて実現した。
（２）分子組織化フォトンアップコンバージョンシステムの開発：有機媒体において水素結合ネットワークを含む秩序性のナノファイバー組織体を自己組織化させ、そのナノ構造体中にドナー分子(PtOEP)、アクセプター分子(DPA)を高密度に集積できること、またこの超分子ゲルシステムにおける三重項エネルギーの拡散速度が6.5×10－4 cm2/sと大きく、三重項エネルギーマイグレーションに有利な分子組織化状態にあることを明らかにした(JACS 2015)。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究においては、本研究代表者に独自の着想である「自己組織化と三重項エネルギーマイグレーションに基づくフォトン・アップコンバージョン」コンセプトの正しさと有用性、発展性を明らかにした。特に、Nature Materials誌に掲載された論文（Nature Materials, 14, 924-930 (2015)）が、同号のNews and Views欄で光科学分野で国際的に著名なC. Weder(Univ. Freibourg)による解説記事としてハイライトされた。本欄はNature Materialsにおける最も重要な進展を解説するものであり、最も注目度が高い研究が選ばれる。また君塚は、2016年4月にスウェーデンで開催される“The 1st International Symposium on Singlet Fission and Photon Fusion: Emerging Solar Energy Technologies”に、日本から唯一、招待講演を行う。このように、本研究の国際的なインパクトは大きく、これまで自発的な構造形成とその形態応用に留まっていた分子組織化の新しい意味・意義を明確に示した意義は極めて大きい。また昨年、JSTニュースにて動画配信された”分子組織化に基づくフォトン・アップコンバージョン”の紹介は多方面に反響をよび、企業を中心とする研究会、学会の招待講演､国内外の学部・大学院の集中講義などにおいて研究成果の紹介を行なう機会が増えている。
また、配位結合の自由回転に基づく強誘電性の発現についても、当初の期待どおりに成果がえられつつある。
以上より、当初の目標を超える研究の進展があるといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年以降は、さらにフォトン・アップコンバージョン研究における次の重要課題にチャレンジする。
（１）近赤外領域の光を可視光領域に効率よくアップコンバージョンするための方法論、（２）可視光を紫外領域に効率良くアップコンバージョンする方法論の開発、（３）アップコンバージョン量子収率が従来の最高値(38%)を超え、理論的最大値ΦUC(= 50%)に迫るための方法論、（４）大気下（酸素存在下）で機能する固体アップコンバージョンシステムの開発。
分子組織化に基づくエネルギーマイグレーションに基づき、三重項励起状態の拡散速度を高めることによって、低い励起光強度におけるフォトンアップコンバージョンの効率化が可能となる。昨年度に開発したMOF系は、高速の三重項エネルギーマイグレーションを示すが、蛍光量子収率ΦFLが低いことが問題であり、量子収率の高いMOFナノ結晶の探索や、ナノMOF表面に高い量子収率を示す蛍光団を固定する手法が考えられ、検討を進める。
またさらに、（５）金ナノフィンアレイ構造中におけるアクセプター発色団の自己組織化、（６）フレクシブルな強誘電性金属錯体の開発 についても引き続き検討を進める。（６）については、昨年度、Zn(II)ポルフィリンとベンゾチアジアゾール基を含む架橋性ジビリジル配位子の組み合わせから得られる液晶について、強誘電性ヒステリシスを観測した。この概念を一般化すべく、様々な金属錯体と二官能性配位子の組み合わせから一次元金属錯体を合成し、その誘電特性を調べる。
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