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三重項励起子のエネルギー・スピン特性を引き出すナノ界面場の精密制御技術の創成

研究課題

研究課題/領域番号 17J04721
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 高分子・繊維材料
研究機関九州大学

研究代表者

細山田 将士  九州大学, 工学府, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2017-04-26 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2018年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2017年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード分子集合体 / 三重項励起子 / フォトン・アップコンバージョン / triplet DNP / 一重項励起子分裂 / Triplet DNO
研究実績の概要

光励起三重項電子を利用した動的確偏極 (triplet-DNP)、三重項-三重項消滅に基づくフォトンアップコンバージョン (TTA-UC) と近年、三重項励起子を利用した機能分野が注目を集めている。これら機能の効率化を図るためには、エネルギーまたはスピン情報を他の分子へ高効率に伝達する必要があり、本研究では、その効率的な伝達過程を示す分子集合体の構築を目指した。
三重項電子を利用する triplet-DNP の新たな結晶性媒体として多孔性金属錯体 (MOF) を用いた。カルボキシル基を有するペンタセン誘導体をZn2+ とイミダゾール誘導体から構成される結晶性 MOF 内部に導入し、MOF 内部での三重項電子偏極の生成を確認した。更に、MOF骨格構造の運動性の高いメチル基に重水素化を施すことで、triplet-DNPによりMOF骨格中の1H核スピンの高偏極化を達成し、結果として、室温で初めてMOF骨格の1H-NMRのシグナルを約60倍増感することに成功した。
TTA-UC の高効率化において重要な問題であったアクセプターからドナーへの逆エネルギー移動を抑制する結晶性 UC 材料を開発した。長鎖アルキル基を導入した結晶性アクセプター分子を用いて、三重項増感剤であるドナー分子とUCエネルギーを回収するコレクター分子を分子レベルで分散できることを見出した。この材料にレーザー光を照射したところ、ドナーからアクセプターへのエネルギー移動、アクセプター間でのTTA、そしてアクセプターからコレクターへの高効率なエネルギー移動を介して、約 10 % という固体 UC 材料として極めて高い量子収率を得ることに成功した。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件)

  • [国際共同研究] カリフォルニア大学サンタ・バーバラ校(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Oligo(ethylene glycol)/alkyl-modified Chromophore Assemblies for Photon Upconversion in Water2019

    • 著者名/発表者名
      Haruki Rena、Kouno Hironori、Hosoyamada Masanori、Ogawa Taku、Yanai Nobuhiro、Kimizuka Nobuo
    • 雑誌名

      Chemistry - An Asian Journal

      巻: 印刷中 号: 10 ページ: 1723-1728

    • DOI

      10.1002/asia.201801666

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Donor-Acceptor-Collector Ternary Crystalline Films for Efficient Solid-State Photon Upconversion2018

    • 著者名/発表者名
      Ogawa Taku、Hosoyamada Masanori、Yurash Brett、Nguyen Thuc-Quyen、Yanai Nobuhiro、Kimizuka Nobuo
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 140 号: 28 ページ: 8788-8796

    • DOI

      10.1021/jacs.8b04542

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Dynamic Nuclear Polarization of Metal-Organic Frameworks Using Photoexcited Triplet Electrons2018

    • 著者名/発表者名
      Saiya Fujiwara; Masanori Hosoyamada; Kenichiro Tateishi; Tomohiro Uesaka; Keiko Ideta; Nobuo Kimizuka; Nobuhiro Yanai
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 140 号: 46 ページ: 15608-15610

    • DOI

      10.1021/jacs.8b10121

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Translating MOF chemistry into supramolecular chemistry: soluble coordination nanofibers showing efficient photon upconversion2018

    • 著者名/発表者名
      Masanori Hosoyamada, Nobuhiro Yanai, Keisuke Okumura, Takayuki Uchihashi, and Nobuo Kimizuka
    • 雑誌名

      Chem. Commun.

      巻: 印刷中 号: 50 ページ: 6828-6831

    • DOI

      10.1039/c8cc01594e

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Photon upconversion in coordination copolymer2018

    • 著者名/発表者名
      M. Hosotamada, N. Yanai, N. Kimizuka
    • 学会等名
      The 2nd International Symposium on Singlet Fission and Photon Fusion
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Photon upconversion by controlling chromophore arrangement in coordination copolymers2018

    • 著者名/発表者名
      細山田 将士
    • 学会等名
      第66回高分子年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 素配位子を規則集積した配位ポリマーの合成とその光学特性評価2018

    • 著者名/発表者名
      細山田 将士
    • 学会等名
      第67回錯体化学討論会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Controlling chromophore arrangement in coordination copolymers for photon upconversion2018

    • 著者名/発表者名
      細山田 将士
    • 学会等名
      日本化学会第 98 回春季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2017-05-25   更新日: 2024-03-26  

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