Photofunctional Science of Meso-Hierarchy

• Project Area: Materials Science of Meso-Hierarchy
• Project/Area Number: 23H04876
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (II)
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 羽會部 卓 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (70418698)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石橋 千英 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 講師 (10506447) ; 河合 壯 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (40221197)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2028-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2025)
• Budget Amount: ¥139,880,000 (Direct Cost: ¥107,600,000、Indirect Cost: ¥32,280,000); Fiscal Year 2026: ¥27,950,000 (Direct Cost: ¥21,500,000、Indirect Cost: ¥6,450,000); Fiscal Year 2025: ¥27,430,000 (Direct Cost: ¥21,100,000、Indirect Cost: ¥6,330,000); Fiscal Year 2024: ¥27,040,000 (Direct Cost: ¥20,800,000、Indirect Cost: ¥6,240,000); Fiscal Year 2023: ¥29,120,000 (Direct Cost: ¥22,400,000、Indirect Cost: ¥6,720,000)
• Keywords: メゾヒエラルキー構造 / メゾスケール / 分子集合体 / シグナル増幅 / 光機能性材料 / シグナル伝達

Outline of Research at the Start

生体系のシグナル伝達ではたった1つの刺激に対して数百万倍のシグナル分子を反応・応答させることができる。一方、人工分子では1回の刺激（例えば1光子）によって1分子のみ反応するため増幅分子応答系を人工的に構築することは極めて困難である。本研究では自在に制御可能なメゾスケール特有の階層集合体を利用することで光励起を基盤としたシグナル増幅を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では生体系のシグナル情報伝達を視野に、自在に制御可能なメゾスケール特有の階層集合体を構築することで光励起を基盤としたシグナル増幅を目指す。研究代表者の羽曾部の2024年度における領域内共同研究の成果の一例として、高効率一重項分裂の発現を視野に超分子集積化が可能なアセン単量体や二量体の合成と集合体作製、励起ダイナミクス評価を行った。具体的に、A01-1班の矢貝とのハサミ状アセン二量体、A01-1班の灰野とのキャビタントを基本骨格とするアセンオリゴマー、A03-2班の相良とは親水性デンドリマを有するアセン誘導体の合成に取り組んだ。いずれも合成は順調に進んでおり、分子集合化と光物性評価の結果も得られつつある。また、研究代表者の羽曾部独自の研究進展としても量子ドットや金属ナノクラスターを用いた有機-無機複合分子集合体の構築と光物性評価を進めている。具体的な成果の例として、代表的な微小金属ナノクラスターであるフェニルエタンチオール修飾Au25原子体の三重項励起状態のモル吸光係数や量子収率を初めて決定することに成功し、この結果は今後の有機-無機複合系の構築と光ダイナミクス解明に向けた重要な知見になると考えている。
分担者のNAISTの河合はフォトクロミック系分子を中心とした材料合成と分子集合化、光物性解明を進めた。また、分担者の愛媛大の石橋はパルスレーザーを用いた分子集合体構造のサイズ制御と光物性評価を行った。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

各種材料合成と物性評価が順調に進行しているため。

Strategy for Future Research Activity

領域内共同研究で進めている材料合成はできるだけ早急に単離生成を完了し、時間分解分光測定を行う予定である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] タンペレ大学(フィンランド)
• [Journal Article] Sensitization experiments of ultrasmall gold nanoclusters: determination of triplet quantum yields and molar absorption coefficients (2025)
  • Author(s): Sakai Hayato、Hiramatsu Sunao、Akiyama Aoi、Negishi Yuichi、Hasobe Taku
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 61 Issue: 5 Pages: 913-916
  • DOI: 10.1039/d4cc06083k
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Supramolecular scaffold?directed two-dimensional assembly of pentacene into a configuration to facilitate singlet fission (2024)
  • Author(s): Fukumitsu Masato、Fukui Tomoya、Shoji Yoshiaki、Kajitani Takashi、Khan Ramsha、Tkachenko Nikolai V.、Sakai Hayato、Hasobe Taku、Fukushima Takanori
  • Journal Title: Science Advances Volume: 10 Issue: 37
  • DOI: 10.1126/sciadv.adn7763
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cascade Fluorescence Modulation in Photochromic Microcapsules (2024)
  • Author(s): Ferrer Magin Benedict、Harada Daiyu、Martin Colin J.、Metivier Remi、Allain Clemence、Nakatani Keitaro、Louis Marine、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki、Yasuhara Kazuma、Kawai Tsuyoshi
  • Journal Title: ACS Applied Materials & Interfaces Volume: 16 Issue: 42 Pages: 57626-57635
  • DOI: 10.1021/acsami.4c09023
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Bis(corannulenyl)ethene as an efficient photochromic material (2024)
  • Author(s): Imai Ryuta、Katao Shouhei、Asanoma Fumio、Kawai Tsuyoshi、Yamada Mihoko
  • Journal Title: Journal of Materials Chemistry C Volume: 12 Issue: 38 Pages: 15654-15661
  • DOI: 10.1039/d4tc03175j
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Tetracene cyclophanes showing controlled intramolecular singlet fission by through-space orientations (2024)
  • Author(s): Sakai Hayato、Nonaka Keigo、Hayasaka Ryo、Thazhathethil Shakkeeb、Sagara Yoshimitsu、Hasobe Taku
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 60 Issue: 30 Pages: 4084-4087
  • DOI: 10.1039/d4cc00278d
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Effect of Torsional Motion on Multiexciton Formation through Intramolecular Singlet Fission in Ferrocene‐Bridged Pentacene Dimers (2024)
  • Author(s): Hayasaka Ryo、Sakai Hayato、Fuki Masaaki、Okamoto Tsubasa、Khan Ramsha、Higashi Masahiro、Tkachenko Nikolai V.、Kobori Yasuhiro、Hasobe Taku
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 63 Issue: 8
  • DOI: 10.1002/anie.202315747
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Dye adsorption-assisted colloidal dispersion of single-walled carbon nanotubes in polar solvents (2024)
  • Author(s): Horibe Akiho、Murayama Tomoko、Kawai Tsuyoshi、Nonoguchi Yoshiyuki
  • Journal Title: RSC Applied Interfaces Volume: 1 Issue: 1 Pages: 80-85
  • DOI: 10.1039/d3lf00119a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthetic Utilization of 2H-Heptafluoropropane: Ionic 1,4-Addition to Electron-Deficient Carbon?Carbon Unsaturated Bonds (2024)
  • Author(s): Higashi Yusuke、Shima Kotono、Suzuki Mikiya、Fujishiro Moe、Kawai Tsuyoshi、Morimoto Tsumoru
  • Journal Title: The Journal of Organic Chemistry Volume: 89 Issue: 6 Pages: 3962-3969
  • DOI: 10.1021/acs.joc.3c02798
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A binaphthalimide motif as a chiral scaffold for thermally activated delayed fluorescence with circularly polarized luminescence activity (2023)
  • Author(s): Yugo Tsuji、Natsuko Kanno、Chigusa Goto、Shohei Katao、Yasuo Okajima、Pablo Reine、Paulius Imbrasas、Sebastian Reineke、Katsuyuki Shizu、Takuya Nakashima、Hironori Kaji、Tsuyoshi Kawai、Marine Louis
  • Journal Title: Journal of Materials Chemistry C Volume: 11 Issue: 18 Pages: 5968-5978
  • DOI: 10.1039/d3tc00316g
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Synthesis and Photochromic Properties of Diaryl [5]Helicene Derivatives (2023)
  • Author(s): Li Ruiji、Fang Qi、Chen Minghui、Yamada Mihoko、Tsuji Yugo、Kugai Yusuke、Li Wei、Kawai Tsuyoshi
  • Journal Title: Chemistry - A European Journal Volume: 29 Issue: 72
  • DOI: 10.1002/chem.202302693
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Enhancement of photochromic molecule decolorization by coating a thin TiO2 layer over gold nanoparticles (2023)
  • Author(s): Higashida Suguru、Toku Ryota、Nakano Genta、Mizutsu Ryo、Asato Ryosuke、Louis Marine、Akiyama Tsuyoshi、Kawai Tsuyoshi
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 53 Issue: 1
  • DOI: 10.1093/chemle/upad002
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Photo-induced bending of chalcogenide glass fiber (2023)
  • Author(s): Saitoh Akira、Ishibashi Yukihide、Wada Masaki、Mitsui Kazuki、Tanaka Keiji
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 16 Issue: 11 Pages: 112002-112002
  • DOI: 10.35848/1882-0786/ad09ee
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photothermal Conversion Dynamics of Aqueous Quinacridone Nanocrystal Colloid by Femtosecond Transient Absorption Spectroscopy (2023)
  • Author(s): Ishibashi Yukihide、Omoda Hiroki、Asahi Tsuyoshi
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry C Volume: 128 Issue: 1 Pages: 226-233
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.3c06496
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Control of Excited Triplet Behaviors in Photofunctional Molecules and Molecular Assemblies (2025)
  • Author(s): Taku Hasobe
  • Organizer: Japan-France Workshop on Photo-Electro-Responsive Molecules and Materials
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ハサミ型アセン二量体を基盤とする超分子ポリマーの合成と一重項分裂 (2025)
  • Author(s): 酒井 隼人、井野 有彩、花山 博紀、五月女 光、矢貝 史樹、羽曾部 卓
  • Organizer: 日本化学会第105春季年会
• [Presentation] キャビタンドを中心骨格としたペンタセン四量体の合成と一重項分裂 (2025)
  • Author(s): 石川 和志、酒井 隼人、原田 健太郎、灰野 岳晴、羽曾部 卓
  • Organizer: 日本化学会第105春季年会
• [Presentation] 親水性デンドリマー置換アセン誘導体の合成と光物性評価 (2025)
  • Author(s): 酒井 隼人、相良 剛光、羽曾部 卓
  • Organizer: 日本化学会第105春季年会
• [Presentation] Construction of Molecular Architectures for High-Yield Singlet Fission (2024)
  • Author(s): Taku Hasobe
  • Organizer: IPS-24
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] テトラセン-微小金ナノクラスター連結二量体の励起エネルギー移動ダイナミクス評価 (2024)
  • Author(s): 酒井 隼人、平松 直、中本 真奈、秋山 葵、根岸 雄一、羽曾部 卓
  • Organizer: 2024光化学討論会
• [Presentation] 異なる部位で連結させたペリレンジイミド連結体における高効率分子内一重項分裂 (2024)
  • Author(s): 大根田 璽、酒井 隼人、羽曾部 卓
  • Organizer: 日本化学会第104春季年会
• [Presentation] テトラセンー微小金ナノクラスター連結体の合成と励起エネルギー移動特性 (2024)
  • Author(s): 平松 直、中本 真奈、秋山 葵、酒井 隼人、根岸 雄一、羽曾部 卓
  • Organizer: 日本化学会第104春季年会
• [Presentation] 一重項分裂の発現をめざしたペリレン二量体の合成と光物性 (2024)
  • Author(s): 真保 遼子、酒井 隼人、羽曾部 卓
  • Organizer: 日本化学会第104春季年会
• [Presentation] カリックスアレーンを中心骨格としたペンタセン四量体の合成と分光特性 (2024)
  • Author(s): 石川 和志、酒井 隼人、原田 健太郎、灰野 岳晴、羽曾部 卓
  • Organizer: 日本化学会第104春季年会
• [Presentation] メゾヒエラルキー構造の励起状態を操る (2024)
  • Author(s): 羽曾部 卓
  • Organizer: 日本化学会第104春季年会併催シンポジウム
• [Presentation] π共役分子-微小金ナノクラスター間の励起エネルギー移動評価 (2023)
  • Author(s): 平松 直、中本 真奈、秋山 葵、酒井 隼人、根岸 雄一、羽曾部 卓
  • Organizer: 2023光化学討論会
• [Presentation] High-yield triplet exciton generation through singlet fission for efficient light energy conversion (2023)
  • Author(s): Taku Hasobe
  • Organizer: ICP2023
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] サイクレンを中心コアとする環状ペンタセン多量体の分子内一重項分裂 (2023)
  • Author(s): 酒井 隼人、水野 しおん、羽曾部 卓
  • Organizer: 2023光化学討論会
• [Presentation] フェロセンで連結したペンタセンダイマーにおける一重項分裂で生成する三重項励起子 (2023)
  • Author(s): 婦木 正明、早坂 稜、岡本 翔、酒井 隼人、羽曾部 卓、小堀 康博
  • Organizer: 2023光化学討論会