| 研究課題/領域番号 |
21H01889
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分32010:基礎物理化学関連
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
宮坂 博 大阪大学, エマージングサイエンスデザインR3センター, 特任教授 (40182000)
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| 研究分担者 |
五月女 光 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 助教 (60758697)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2023年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2022年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 11,310千円 (直接経費: 8,700千円、間接経費: 2,610千円)
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| キーワード | 電子移動 / 光イオン化 / 多重励起過程 / フェムト秒ダイナミクス / ピコ秒ダイナミクス / 多光子吸収 / 光誘起電子移動 / 多重励起 / 逐次二光子吸収 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
光誘起電子移動は光エネルギー変換や光物質変換にも深く関わる過程であり、その高効率化は重要な課題である。このためには、励起状態寿命の間に迅速に反応が進行し電荷分離状態が高収率で生成すること、後続反応のためには電荷分離状態が高エネルギーを持ち、かつ再結合反応が遅いことの３条件が必要となる。しかし電子移動反応速度は始終状態間のエネルギー差に依存し、３条件を同時に満足することは一般的には困難であった。本研究では、多重励起により生成した高位励起状態を利用し長距離の電子供与体－受容体間の電荷分離反応を進行させることで、２光子を利用した上記３条件を満たす新規高効率電荷分離状態生成手法の開拓と確立をめざす。
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| 研究成果の概要 |
凝縮相におけるイオン化では、生成初期の親カチオンと電子の距離が数nmにも及ぶ。このようなイオン化状態あるいはその前駆体の電子を、迅速かつ効率良く捕捉し距離を固定化できれば、長い対間距離を持ち再結合が抑制された高エネルギーレベルの電荷分離状態の迅速な生成が期待できる。本研究では、種々の溶液系においてパルスレーザー多重励起により生成した高位電子励起状態を利用し、超高速(< 1 ps) 電子捕捉を行うことで、長対間距離の電荷分離状態を実現するとともに、① 低エネルギーイオン化を可能とする特異電子状態の特定と機構、② カチオン－電子間距離を決定する因子を解明した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究では、天然光合成系のZスキームと原理は異なるが、逐次２光子吸収によるイオン化を進行させ、放出電子を迅速かつ効率良く他分子に捕捉させ距離を固定化することで、後続の還元・酸化等の反応を誘起できる高エネルギーかつ再結合を抑制した電荷分離状態を高収率で実現した。これは、光エネルギー変換や人工光合成にも深く関わる光誘起電子移動反応におけるエネルギーギャップ則の制限により、従来は困難であった(1) 迅速な電荷分離反応、(2) 高エネルギーな電荷分離状態、(3) 遅い再結合を同時に満足できる新手法であり、光誘起電子移動反応の利用に対して重要な方法を示した。
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