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熱耐久および感温機能を示す強発光性の希土類配位高分子

研究課題

研究課題/領域番号 19J20713
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
審査区分 小区分35030:有機機能材料関連
研究機関北海道大学

研究代表者

FERREIRADAROSA PedroPaulo  北海道大学, 大学院総合化学院, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2019-04-25 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
2021年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2020年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2019年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
キーワード希土類錯体 / 希土類配位高分子 / テルビウム / ジスプロシウム / 連結結晶 / エネルギーマイグレーション / 暴露実験 / 七配位型 / 八配位型
研究開始時の研究の概要

発光性温度センシング材料は高感度かつ非接触であり、バイオイメージングや工業産業への応用が期待されている。中でも希土類配位高分子を利用した材料は温度に依存して発光色が変化し、熱耐久性も高い。本研究では発光性温度センシング材料のさらなる高機能化を目的として、感度や色変化の温度範囲が容易にコントール可能な強発光希土類配位高分子を設計する。さらに実際に分子を合成し、温度センシング機能の評価を行う。

研究実績の概要

本研究では、優れた感温機能を示す強発光性の希土類配位高分子の開発を目的とする。具体的には4,4’-bipyridine配位子を有する 七配位希土類錯体の構造変形によって、感温特性を有する配位高分子の形成を行う。この構造変形のプロセスは結晶中に起こり、初めてin-situ希土類配位高分子の合成が期待される。また、機能発展のために、単結晶状態における異なるLn(III)錯体の結晶連結を目指す。新規な方法では、テルビウム(Tb(III))およびジスプロシウム(Dy(III))錯体は同様な構造変化(七配位型錯体から八配位型配位高分子へ)を示すことから、異なる結晶の連結を初めて試みた。また、共焦点レーザー顕微鏡を用いてその新規な連結結晶の光物性および光機能を検討した。

PXRDおよび単結晶構造解析によりDy(III)二核錯体はTb(III)二核錯体と同様な構造変化を示すことから、Tb(III)結晶―Dy(III)結晶の連結が可能と考えられる。具体的にはTb(III)二核錯体の結晶とDy(III)二核錯体の結晶を接触させ、配位高分子化後に分子レベルでTb(III)錯体の結晶とDy(III) 錯体の結晶を連結することに成功した。

次に、連結結晶の光物性および光機能を検討するために共焦点レーザー顕微鏡を用いて、場所依存の発光スペクトルを測定した。その結果、連結結晶を460nmのレーザー(Dy(III)を選択励起)で励起することで、Dy(III)結晶の部分だけでなくTb(III)結晶の部分も発光することが明らかになった。この励起波長ではTb(III)錯体を励起できないため、Tb(III)の発光はDy(III)結晶からの長いエネルギーマイグレーションに起因すると考えられる。また、DFT計算によりこの長いエネルギーマイグレーションは配位高分子の大きい双極子モーメントに起因すると示唆された。

現在までの達成度 (段落)

令和3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

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 1件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 6件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Long-lived emission beyond 1000 nm: control of excited-state dynamics in a dinuclear Tb(III)-Nd(III) complex2022

    • 著者名/発表者名
      Y.Kitagawa, K. Matsuda, P. P. Ferreira da Rosa, K. Fushimia and Y. Hasegawa
    • 雑誌名

      Chem. Commun.

      巻: 57 号: 65 ページ: 8047-8050

    • DOI

      10.1039/d1cc03596g

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Hybrid EuIII Coordination Luminophore Standing on Two Legs on Silica Nanoparticles for Enhanced Luminescence2021

    • 著者名/発表者名
      T. Zhang, Y. Kitagawa, R. Moriake, P. P. Ferreira da Rosa, Md. Jahidul Islam, T. Yoneda, Y. Inokuma, K. Fushimi, Y. Hasegawa
    • 雑誌名

      Chem. Eur. J.

      巻: 27 号: 58 ページ: 14438-14443

    • DOI

      10.1002/chem.202102156

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Charge-transfer excited states of π- and 4f-orbitals for development of luminescent Eu(<scp>iii</scp>) complexes2021

    • 著者名/発表者名
      Kitagawa Yuichi、Ferreira da Rosa Pedro Paulo、Hasegawa Yasuchika
    • 雑誌名

      Dalton Transactions

      巻: 50 号: 42 ページ: 14978-14984

    • DOI

      10.1039/d1dt03019a

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Coordination geometrical effect on LMCT-depended energy transfer processes of luminescent Eu(III) complexes2021

    • 著者名/発表者名
      Pedro Paulo Ferreira da Rosa, Shiori Miyazaki, Haruna Sakamoto, Yuichi Kitagawa, Kiyoshi Miyata, Tomoko Akama, Masato Kobayashi, Koji Fushimi, Ken Onda, Tetsuya Taketsugu, Yasuchika Hasegawa
    • 雑誌名

      J Phys. Chem. A

      巻: 125 号: 1 ページ: 209-217

    • DOI

      10.1021/acs.jpca.0c09337

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] First aggregation-induced emission of a Tb(III) luminophore based on modulation of ligand; ligand charge transfer bands2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Kitagawa, M. Kumagai, T. Nakanishi, K. Fushimia and Y. Hasegawa
    • 雑誌名

      Dalton Trans.

      巻: 49 号: 10 ページ: 2431-2436

    • DOI

      10.1039/d0dt00528b

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Long‐Range LMCT Coupling in EuIII Coordination Polymers for an Effective Molecular Luminescent Thermometer**2020

    • 著者名/発表者名
      Kitagawa Yuichi、Kumagai Marina、Ferreira da Rosa Pedro Paulo、Fushimi Koji、Hasegawa Yasuchika
    • 雑誌名

      Chemistry A European Journal

      巻: 27 号: 1 ページ: 264-269

    • DOI

      10.1002/chem.202002628

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Luminescent lanthanide complex with seven-coordination geometry2020

    • 著者名/発表者名
      P.-P. Ferreira da Rosa, Y. Kitagawa, Y. Hasegawa
    • 雑誌名

      Coordination Chemistry Reviews

      巻: 406 ページ: 213153-213153

    • DOI

      10.1016/j.ccr.2019.213153

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermal and Crystallographic Investigation of Luminescent Eu(III) Coordination Polymers with Dithiane and Dioxane Hexyl Rings2019

    • 著者名/発表者名
      Hirai Yuichi、Ferreira da Rosa Pedro Paulo、Kitagawa Yuichi、Hasegawa Yasuchika
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 48 号: 12 ページ: 1544-1546

    • DOI

      10.1246/cl.190752

    • NAID

      130007757564

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Eu(III)錯体の七配位型から八 配位型への幾何学構造変形に伴う光増感発光増大2021

    • 著者名/発表者名
      フェレイラダローサペドロパウロ、 宮崎栞、庄司淳、北川裕一、宮田潔志、赤間知子、 小林正人、伏見公志、恩田健、武次徹也、長谷川靖哉
    • 学会等名
      第37回希土類討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] ピリジン 蒸気による七配位 Tb(III)錯体から八配位錯体から八配位 Tb(III)配位高分子の構造変 形と光機能2021

    • 著者名/発表者名
      P. P. Ferreira da Rosa, 北川裕一、庄司淳、伏見公志、長谷川靖哉
    • 学会等名
      第 32 回配位化合物の光化学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Reversible polymer transformation of luminescent Tb(III) complex2021

    • 著者名/発表者名
      P. P. Ferreira da Rosa, 北川裕一、庄司淳、伏見公志、長谷川靖哉
    • 学会等名
      第 71 回錯体化学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Photo-physical properties of seven- and eight-coordinated Eu(III) complexes with LMCT bands2021

    • 著者名/発表者名
      P. P. Ferreira da Rosa, Shiori Miyazaki, Yuichi Kitagawa, Kiyoshi Miyata, Tomoko Akama, Sunao Shoji, Masato Kobayashi, Koji Fushimi, Ken Onda, Tetsuya Taketsugu, Yasuchika Hasegawa
    • 学会等名
      International Conference on Photochemistry (ICP 2021 Virtual)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Control of LMCT bands in seven- and eight-coordinated Eu(III) complexes with pyridine2021

    • 著者名/発表者名
      P. P. Ferreira da Rosa, Shiori Miyazaki, Yuichi Kitagawa, Kiyoshi Miyata, Tomoko Akama, Sunao Shoji, Masato Kobayashi, Koji Fushimi, Ken Onda, Tetsuya Taketsugu, Yasuchika Hasegawa
    • 学会等名
      International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2021 (Pacifichem 2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 発光性希土類錯体の幾何学構造変化に伴う配位高分子化2020

    • 著者名/発表者名
      P. P. Ferreira da Rosa, 北川裕一, 伏見公志,長谷川靖哉
    • 学会等名
      第36回希土類討論会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Control of LMCT state in seven- and eight-coordinated Eu(III) complexes2020

    • 著者名/発表者名
      P. P. Ferreira da Rosa, 宮崎栞, 北川裕一, 宮田潔志, 赤間知子, 小林正人, 伏見公志, 恩田健, 武次徹也, 長谷川靖哉
    • 学会等名
      2020光化学web討論会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] ピリジン蒸気による発光性Tb(III)錯体の分子幾何学構造変化2020

    • 著者名/発表者名
      P. P. Ferreira da Rosa, 北川裕一, 伏見公志,長谷川靖哉
    • 学会等名
      分子科学オンライン討論会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] ピリジン蒸気によるTb(III)配位高分子のソフトクリスタル変形と光物性2020

    • 著者名/発表者名
      P. P. Ferreira da Rosa, 北川裕一, 伏見公志,長谷川靖哉
    • 学会等名
      複合系の光機能研究会オンラインライジングスター研究会オンライン
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Structural polymerization of a Tb(III) complex under pyridine vaporization2020

    • 著者名/発表者名
      P. P. Ferreira da Rosa, Y. Kitagawa, K. Fushimi, Y. Hasegawa
    • 学会等名
      The 11th CSE International Autumn School & The 8th ALP International Symposium
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Thermo-sensible Seven-Coordinate Tb(III) Complexes2019

    • 著者名/発表者名
      P. P. Ferreira da Rosa, Y. Kitagawa, K. Fushimi, Y. Hasegawa
    • 学会等名
      The 23rd International Symposium on the Photochemistry and Photophysics of Coordination Compounds (ISPPCC 2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Seven-coordinated Tb(III) complexes with thermo-sensible abilities2019

    • 著者名/発表者名
      P. P. Ferreira da Rosa, Y. Kitagawa, K. Fushimi, Y. Hasegawa
    • 学会等名
      Nagoya Univ.-Tsinghua Univ.-Toyota Motor Corp.-Hokkaido Univ. Joint Symposium (NTTH)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Thermo-sensible seven-coordinated Tb(III) complexes with intense luminescence2019

    • 著者名/発表者名
      P. P. Ferreira da Rosa, Y. Kitagawa, K. Fushimi, Y. Hasegawa
    • 学会等名
      7th Japanese-German Joint Seminar -Molecular Imaging Technology for Interdisciplinary Research-
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ピリジン蒸気による希土類配位高分子の発光色変化2019

    • 著者名/発表者名
      P. P. Ferreira da Rosa, Y. Kitagawa, K. Fushimi, Y. Hasegawa
    • 学会等名
      第68回高分子討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] ピリジン蒸気によるTbIII配位高分子の合成と光物性2019

    • 著者名/発表者名
      P. P. Ferreira da Rosa, Y. Kitagawa, K. Fushimi, Y. Hasegawa
    • 学会等名
      第2回「ソフトクリスタル」・「革新的光-物質変換」合同若手育成シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 研究室のメンバーウェブサイト

    • URL

      https://www.eng.hokudai.ac.jp/labo/amc/8.STUDENTS/2021/2021pedro3/Web%20page_lab_D1.html

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [産業財産権] 配位高分子、発光体、発光デバイス、及び、発光体を製造する方法2021

    • 発明者名
      長谷川靖哉、フェレイラダローサ、北川裕一、庄司淳、伏見公志
    • 権利者名
      長谷川靖哉、フェレイラダローサ、北川裕一、庄司淳、伏見公志
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2019-05-29   更新日: 2024-03-26  

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