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高次励起状態の長寿命化と光反応への応用

研究課題

研究課題/領域番号 19K15522
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分32020:機能物性化学関連
研究機関島根大学

研究代表者

藤村 卓也  島根大学, 学術研究院環境システム科学系, 助教 (80757063)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2020年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2019年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
キーワードS2発光 / Kasha則 / 高次励起状態 / ポルフィリン / 層状化合物 / 粘土鉱物 / 有機-無機複合体 / フタロシアニン / 無機ナノシート
研究開始時の研究の概要

高次励起状態にある分子は高い酸化還元電位を有するため,高エネルギーな光化学反応の実現が期待できる.しかしその寿命は極めて短いため,効率的な利用は難しい.本研究では分子内の回転・振動運動を抑制し,高次励起状態の長寿命化を目指すとともに,高次励起状態を利用した光化学反応について検討する.これらを達成するため,無機ナノシート表面・層間を分子内の回転・振動運動を抑制する場として利用する.

研究成果の概要

高次励起状態にある分子はKasha則に従い、速やかに最低励起状態まで失活する。そのためその寿命は極めて短く、特例をのぞいて発光や光反応効率は低い。本研究では平滑なナノシート表面が分子内運動・内部転換を抑制する"場"として機能しうると考え、これを用いた分子の高次励起状態の長寿命化・発光増強を目指した。
ナノシート表面において金属ポルフィリンのS2発光増強およびS2状態の長寿命化に成功し、この効果はS2状態の内部転換の抑制によるものであることを明らかとした。また当該効果はポルフィリンの対称性とある程度の相関関係があり、対称性が高い金属ポルフィリンにおいて顕著なS2発光増強効果が現れることを見出した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

高次励起状態(紫外光など波長が短く、大きなエネルギーの光を吸収した状態)は独特な光反応を実現できる一方で、その寿命が短く利用が難しい。これを打破するために分子の設計等による解決が試みられているが、本研究では『分子を変更せず、分子が存在する“場”(固体表面)により長寿命化する』ことに成功した。依然として課題があるものの、当該技術は高次励起状態を長寿命化する汎用的技術となるポテンシャルを有しており、高次励起状態を利用した光反応の高効率化や光エネルギーの有効利用に資するものであると見込まれる。

報告書

(3件)
  • 2021 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 9件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Direct recovery of metallic tellurium from spent Bi–Te intermetallic alloy2021

    • 著者名/発表者名
      SASAI Ryo、FUJIMURA Takuya、SANO Takuya
    • 雑誌名

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      巻: 129 号: 2 ページ: 118-121

    • DOI

      10.2109/jcersj2.20198

    • NAID

      130007980182

    • ISSN
      1348-6535, 1882-0743
    • 年月日
      2021-02-01
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Preparation of Transparent Film of Layered Double Hydroxide with Anionic Pyrene Derivatives and Its Luminous Toluene Detection Ability2020

    • 著者名/発表者名
      Fujimura Takuya、Akagashi Yoshiya、Aoyama Yu-hei、Sasai Ryo
    • 雑誌名

      International Journal of Photoenergy

      巻: 2020 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1155/2020/8870930

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Adsorption Behavior of Mono-Cationic Pyridinium Salts on the Clay Surface2020

    • 著者名/発表者名
      Takigawa Tomoaki、Yoshida Yuma、Fujimura Takuya、Ishida Tamao、Shimada Tetsuya、Takagi Shinsuke
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      巻: 93 号: 9 ページ: 1046-1049

    • DOI

      10.1246/bcsj.20200100

    • NAID

      130007905668

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photocatalytic Hydrogen Evolution over Exfoliated Rh-Doped Titanate Nanosheets2020

    • 著者名/発表者名
      Soontornchaiyakul Wasusate、Fujimura Takuya、Yano Natsumi、Kataoka Yusuke、Sasai Ryo
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 5 号: 17 ページ: 9929-9936

    • DOI

      10.1021/acsomega.0c00204

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Stabilization of cationic zinc phthalocyanine monomers by adsorption on clay nanosheet colloid and photogeneration of singlet oxygen2020

    • 著者名/発表者名
      Fujimura, Takuya; Arita, Kazuki; Fujishiro, Rei; Okada, Kazuya; Ikeue, Takahisa; Sasai, Ryo
    • 雑誌名

      Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry

      巻: 390 ページ: 112293-112293

    • DOI

      10.1016/j.jphotochem.2019.112293

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photoreduction of Methylviologen in Saponite Clay: Effect of Methylviologen Adsorption Density on the Reaction Efficiency2019

    • 著者名/発表者名
      Fujimura, Takuya; Shimada, Tetsuya; Sasai, Ryo; Takagi, Shinsuke
    • 雑誌名

      Clays and Clay Minerals

      巻: 67 号: 6 ページ: 537-544

    • DOI

      10.1007/s42860-019-00047-8

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Unique Protonation Behavior of Cationic Free-Base Porphyrins in the Interlayer Space of Transparent Solid Films Comprising Layered α-Zirconium Phosphate2019

    • 著者名/発表者名
      Fujimura, Takuya.; Aoyama, Yuhei.; Sasai, Ryo
    • 雑誌名

      Tetrahedron Letters

      巻: 60 号: 42 ページ: 150912-150912

    • DOI

      10.1016/j.tetlet.2019.07.003

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] In Situ Observation of Structural Change of Layered Double Hydroxide During Anion-Exchange Reaction by Novel Time-Resolved Synchrotron-Radiation X-ray Diffraction Measurement System2020

    • 著者名/発表者名
      Sasai, R , Fujimura, T , Moriyoshi, C , Kawaguchi, S
    • 学会等名
      4th Asian Clay Conference (ACC-2020) Fully-Online Conference
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Emission Change of Rare-Earth Doped Layered Double Hydroxides by Anion Species2020

    • 著者名/発表者名
      Takao, M , Fujimura, T , Sasai, R
    • 学会等名
      4th Asian Clay Conference (ACC-2020) Fully-Online Conference
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 4th Asian Clay Conference (ACC-2020) Fully-Online Conference2020

    • 著者名/発表者名
      S2 Emission Properties of Cationic Zn-Porphyrin Monomers Adsorbed on Clay Nanosheet Surface
    • 学会等名
      4th Asian Clay Conference (ACC-2020) Fully-Online Conference
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Synthesis and Anion-Exchangeable Characterization of Layered Double Hydroxide Consisting of Ni2+ and Fe3+2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshisue, T , Fujimura, T , Sasai, R
    • 学会等名
      4th Asian Clay Conference (ACC-2020) Fully-Online Conference
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Photogeneration of Singlet Oxygen by Cationic Phthalocyanine Adsorbed on Clay Nanosheet without Aggregation2020

    • 著者名/発表者名
      Okada, K , Arita, K , Nishiguchi, M , Fujimura, T , Ikeue, T , Sasai, R
    • 学会等名
      4th Asian Clay Conference (ACC-2020) Fully-Online Conference
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Facile Synthesis of Ir-Complex/Rh-Doped Titanate Nanosheets Hybrids for Dye-Sensitized H2 Evolutions2020

    • 著者名/発表者名
      Soontornchaiyakul, W, Fujimura, T, Yano, N, Kataoka, Y, Sasai, R
    • 学会等名
      4th Asian Clay Conference (ACC-2020) Fully-Online Conference
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Crystal Structure and Anion Selectivity of Halide-Anion-Intercalated Ni-Al Layered Double Hydroxide2020

    • 著者名/発表者名
      Moriyoshi, C, Hoashi, H, E. Nii, Fujimura, T, Sasai, R
    • 学会等名
      4th Asian Clay Conference (ACC-2020) Fully-Online Conference
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Removal Behavior of Nitrate Ion by Layered Double Hydroxide with Different Chemical Composition in Sea water2020

    • 著者名/発表者名
      Fujimura, T, Nakayashiki, Y, Sasai, R
    • 学会等名
      4th Asian Clay Conference (ACC-2020) Fully-Online Conference
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Toluene Detection Ability of Luminous Transparent Film Hybridizing Pyrene with Layered Double Hydroxide2019

    • 著者名/発表者名
      Fujimura, Takuya; Akagashi, Yoshiya; Aoyama, Yuhei; Sasai, Ryo
    • 学会等名
      The 13th Pacific Rim Conference of Ceramic Societies
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 無機ナノシート上におけるカチオン性ポルフィリンのS2発光挙動2019

    • 著者名/発表者名
      藤村卓也、梨本舞奈、荒木保幸、和田健彦、笹井亮
    • 学会等名
      第19回東北大学多元物質科学研究所研究発表会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 直接結合したコロール二核錯体の光触媒反応と磁気的性質2019

    • 著者名/発表者名
      入澤教惠,十倉あずさ,鈴木優章,藤村卓也,笹井亮,池上崇久
    • 学会等名
      第35回有機合成化学協会中国四国支部 若手化学者のための化学道場in島根
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] フタロシアニン環のα位にカチオン性置換基を導入した金属錯体の合成と光分解反応2019

    • 著者名/発表者名
      西口雅俊,藤村卓也,笹井亮,池上崇久
    • 学会等名
      第35回有機合成化学協会中国四国支部 若手化学者のための化学道場in島根
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] カチオン化されたクロリン錯体への光照射による1O2発生能2019

    • 著者名/発表者名
      山口真季,藤村卓也,笹井亮,池上崇久
    • 学会等名
      第35回有機合成化学協会中国四国支部 若手化学者のための化学道場in島根
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [備考] 研究室ホームページ

    • URL

      http://www.ipc.shimane-u.ac.jp/eco_lim_labo/index.html

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-01-30  

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