| 研究課題/領域番号 |
22K19081
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分36:無機材料化学、エネルギー関連化学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
石谷 治 東京工業大学, 理学院, 教授 (50272282)
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| 研究分担者 |
玉置 悠祐 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (10752389)
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| 研究期間 (年度) |
2022-06-30 – 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 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2023年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2022年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
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| キーワード | 熱活性化遅延蛍光 / レドックス光増感剤 / 光触媒反応 / CO2還元 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
発光材料として開発されたTADFを発する有機分子は、S1とT1のエネルギー差が小さいという性質から、酸化還元反応を駆動する光増感剤としても光エネルギーの有効利用の観点で有望である。本研究では、TADF分子をCO2還元光触媒の光増感剤として最適化することを目指す。そのためTADF分子の項間交差を加速するための分子設計指針を明らかにする。その手段の一つとして金属錯体を連結し、重原子効果を利用する。また短い励起寿命のため光増感剤としての性能が低い金属錯体に、3重項励起エネルギーのリザーバーとして有機分子を直結し、高い光増感機能を示す有機分子－金属複合体を開発する。
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| 研究成果の概要 |
熱活性化遅延蛍光 (TADF) を示す有機分子を5種類合成し、これらをレドックス光増感剤として用いて、CO2還元光触媒反応を行った。その結果、電子ドナー部としてジフェニルアミン基を有するTADF有機分子2種類が優れた光増感剤として機能した。光誘起電子移動過程を詳細に解析したところ、T1状態だけでなく、S1状態も還元されることが分かった。S1状態が還元される割合を減らすように反応条件を調整すると、CO2還元反応の量子収率が23％から43％まで向上した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
TADFを示す有機分子が、高性能なレドックス光増感剤として機能するための、分子設計指針や反応条件設定を明らかにした。すなわち、従来の遷移金属錯体光増感剤では、光吸収能や励起寿命、酸化還元特性を上手く調整すれば良かったが、TADF有機分子では、それに加えてS1状態が電子移動に寄与しないようにすることが重要であると分かった。これは光化学的に非常に興味深い結果である。また元素戦略の観点から、希少な元素を使わずに高効率な光触媒系を構築するために重要な成果である。
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