光電導性高分子固体系における非局在イオン状態生成のダイナミクスとメカニズム

• 研究課題/領域番号: 23245004
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物理化学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 宮坂 博 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (40182000)
• 研究期間 (年度): 2011-11-18 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 24,440千円 (直接経費: 18,800千円、間接経費: 5,640千円); 2013年度: 11,960千円 (直接経費: 9,200千円、間接経費: 2,760千円); 2012年度: 12,480千円 (直接経費: 9,600千円、間接経費: 2,880千円)
• キーワード: 光誘起電子移動 / ホール移動 / 有機光伝導体 / フェムト秒分光 / 過渡二色性 / 電荷シフト反応 / 非局在イオン状態 / 過渡吸収二色性 / 近赤外分光 / 電子移動 / 光電導 / 有機光電導体 / 非局在イオン / 光電変換 / ホール電導 / ホッピング電導

研究概要

光誘起電子移動により生成する電荷分離状態から再結合と競争して進行する電荷シフト反応は、分子集合系におけるキャリア生成収量や光利用効率を左右する重要な過程である。高速電荷シフト反応を可能とする因子として非局在化イオン状態を取り上げ、その生成機構の解明を目的とし、主に芳香族ビニルポリマー等を対象に、フェムト秒過渡吸収、過渡吸収二色性、近赤外過渡吸収スペクトルを室温から10Kの温度範囲で測定し、カチオンの非局在化を直接検出するとともに、これらの過程を支配する低波数振動に関する知見を得た。このような非局在化を利用することで、Marcus 理論を超える高速電荷シフト過程が可能となることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Ultrafast solvation dynamics and charge transfer reactions in room temperature ionic liquids (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Nagasawa, H. Miyasaka
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys 巻: (in press) 号: 26 ページ: 13008-13026
  • DOI: 10.1039/c3cp55465a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cooperative conformational change and excitation migration of biphenyl-PMO amorphous film, as revealed by femtosecond time-resolved spectroscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Ishibashi, T. Katayama, H. Saito, K. Yamanaka, Y. Goto, T. Tani, T. Okada, S. Inagaki, H. Miyasaka
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: (in press) 号: 18 ページ: 9419-9428
  • DOI: 10.1021/jp502734u
  • 査読あり
• [雑誌論文] Constraint-induced structural deformation of planarized triphenylboranes in the excited state (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Kushida, C. Camacho, A. Shuto, S. Irle, M. Muramatsu, T. Katayama, S. Ito, Y. Nagasawa, H. Miyasaka, E. Sakuda, N. Kitamura, Z. Zhou, A. Wakamiya, S. Yamaguchi
  • 雑誌名: Chem. Sci 巻: 5 ページ: 1296-1304
• [雑誌論文] Constraint-induced structural deformation of planarized triphenylboranes in the excited state (2014)
  • 著者名/発表者名: Kushida, T. ; Camacho, C. ; Shuto, A. ; Irle, S. ; Muramatsu, M. ; Katayama, T. ; Ito, S. ; Nagasawa, Y. ; Miyasaka, H. ; Sakuda, E. ; Kitamura, N. ; Zhou, Z. ; Wakamiya, A. ; Yamaguchi, S.
  • 雑誌名: Chemical Science 巻: 5 号: 4 ページ: 1296-1304
  • DOI: 10.1039/c3sc52751d
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coherent wavepacket motion in an ultrafast electron transfer system monitored by femtosecond degenerate four-wave-mixing and pump-probe spectroscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: Nagasawa, Y. ; Yoneda, Y. ; Nambu, S. ; Muramatsu, M. ; Takeuchi, E. ; Tsumori, H. ; Morikawa, S. ; Katayama, T. ; Miyasaka, H.
  • 雑誌名: Chemical Physics 巻: (印刷中) 号: 4 ページ: 1607-1616
  • DOI: 10.1039/c3cp54630f
  • 査読あり
• [雑誌論文] Controlled spontaneous emission of single molecules in a two-dimensional photonic band gap (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Kaji, T. Yamada, S. Ito, H. Miyasaka, R. Ueda, S. Inoue, A. Otomo
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc 巻: 135[1] ページ: 106-109
• [雑誌論文] Permanently fixing or reversible trap-and-release of DNA micropatterns on a gold nano structure using continuouswave or femtosecond pulsed near-infrared laser light (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Shoji, J. Saitoh, N. Kitamura, F. Nagasawa, K. Murakoshi, H. Yamauchi, S. Ito, H. Miyasaka, H. Ishihara, Y. Tsuboi
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc 巻: 135[17] ページ: 6643-6648
• [雑誌論文] Temperature near gold nanoparticles under photoexcitation : evaluation using a fluorescence correlation technique (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Yamauchi, S. Ito, K. Yoshida, T. Itoh, Y. Tsuboi, N. Kitamura, H. Miyasaka
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 117[16] ページ: 8388-8396
• [雑誌論文] M. Muramatsu, T. Katayama, S. Ito, Y. Nagasawa, D. Matsuo, Y. Suzuma, L. Peng, A. Orita, J. Otera, H. Miyasaka (2013)
  • 著者名/発表者名: Photoinduced charge-transfer dynamics of sequentially aligned donor?acceptor systems in an ionic liquid
  • 雑誌名: Photochem. Photobiol. Sci 巻: 12[10] ページ: 1885-1894
• [雑誌論文] 6. Permanently fixing or reversible trap-and-release of DNA micropatterns on a gold nano structure using continuouswave or femtosecond pulsed near-infrared laser light (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Shoji, J. Saitoh, N. Kitamura, F. Nagasawa, K. Murakoshi, H. Yamauchi, S. Ito, H. Miyasaka, H. Ishihara, Y. Tsuboi
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 135 号: 17 ページ: 6643-6648
  • DOI: 10.1021/ja401657j
  • 査読あり
• [雑誌論文] 7. Temperature near gold nanoparticles under photoexcitation: evaluation using a fluorescence correlation technique (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Yamauchi, S. Ito, K. Yoshida, T. Itoh, Y. Tsuboi, N. Kitamura, H. Miyasaka
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 117 号: 16 ページ: 8388-8396
  • DOI: 10.1021/jp311173j
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoinduced charge-transfer dynamics of sequentially aligned donor-acceptor systems in an ionic liquid (2013)
  • 著者名/発表者名: Muramatsu, M. ; Katayama, T. ; Ito, S. ; Nagasawa, Y. ; Matsuo, D. ; Suzuma, Y. ; Peng, L. ; Orita, A. ; Otera, J. ; Miyasaka, H.
  • 雑誌名: Photochemical & Photobiological Sciences 巻: 12 号: 10 ページ: 1885-1894
  • DOI: 10.1039/c3pp50198a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temperature near Gold Nanoparticles under Photoexcitation: Evaluation Using a Fluorescence Correlation Technique (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Yamauchi, S. Ito, K. Yoshida, T. Itoh, Y. Tsuboi, N. Kitamura, H Miyasaka
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 117
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct detection of electron transfer processes in photoconductive poly(N-vinylcarbazole) solid film doped with electron acceptors : temperature dependence of femtosecond to microsecond dynamics (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Katayama, Y. Ishibashi, H. Miyasaka
  • 雑誌名: J. Photochem. Photobiol. A 巻: 234[1] ページ: 107-114
• [雑誌論文] Controlled Spontaneous Emission of Single Molecules in a Two-Dimensional Photonic Band Gap (2012)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Kaji
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 135 号: 1 ページ: 106-109
  • DOI: 10.1021/ja3115357
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photochemistry of fac-Re(bpy)(CO)3Cl. (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Sato, Y. Matubara, K. Koike, M. Falkenström, T. Katayama, Y. Ishibashi, H. Miyasaka, S.Taniguchi, H. Chosrowjan, N. Mataga, N.Fukazawa, S. Koshihara, K. Onda, O. Ishitani
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 18 号: 49 ページ: 15722-15734
  • DOI: 10.1002/chem.201202734
  • 査読あり
• [雑誌論文] Metallic-Nanostructure-Enhanced Optical Trapping of Flexible Polymer Chains in Aqueous Solution as Revealed by Confocal Fluorescence Microspectroscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Toshimitsu, Y. Matsumura, T. Shoji, N. Kitamura, M. Takase, K. Murakoshi, H. Yamauchi, S. Ito, H. Miyasaka, A. Nobuhiro, Y. Mizumoto, H. Ishihara, Y. Tsu
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 116 号: 27 ページ: 14610-14618
  • DOI: 10.1021/jp305247a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoswitchable fluorescent diarylethene derivatives with short alkyl chain substituents (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagi, T. Kunishi, T. Katayama, Y. Ishibashi, H. Miyasaka, M. Morimoto, M. Irie
  • 雑誌名: Photochem. Photobiol. Sci. 巻: 11 号: 11 ページ: 1661-1665
  • DOI: 10.1039/c2pp25078k
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tuned CAM-B3LYP Functional in the Time-dependent Density Functional Theory Scheme for Excitation Energies and Properties of Diarylethene Derivatives (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Okuno
  • 雑誌名: Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 巻: 235 ページ: 29-34
  • DOI: 10.1016/j.jphotochem.2012.03.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct detection of Electron Transfer Processes in Photoconductive Poly(N-vinylca rbazole) Solid Film Doped with Electron Acceptors : Temperature Dependence of Femtosecond to Microsecond Dynamics (2012)
  • 著者名/発表者名: T.Katayamaa, Y.Ishibashi, H.Miyasaka
  • 雑誌名: J.Photochem.Photobiol.A 巻: (印刷中) ページ: 107-114
  • DOI: 10.1016/j.jphotochem.2012.01.001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Femtosecond Laser Photolysis Studies on Temperature Dependence of Cyclization and Cycloreversion Reactions of a Photochromic Diarylethene Derivative (2012)
  • 著者名/発表者名: Y.Ishibashi, T.Umesato, S.Kobatake, M.Irie, H.Miyasaka
  • 雑誌名: J.Phys.Chem.C 巻: 116 号: 7 ページ: 4862-4869
  • DOI: 10.1021/jp2107632
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fluorescence Detection of Single Guest Molecules in Ultrasmall Droplets of Non polar Solvent (2012)
  • 著者名/発表者名: M.Yasuda,A.Iida, S.Ito, H.Miyasaka
  • 雑誌名: Phys.Chem.Chem.Phys. 巻: 14 号: 1 ページ: 345-352
  • DOI: 10.1039/c1cp22207d
  • 査読あり
• [雑誌論文] In-situ preparation of highly fluorescent dyes upon photoirradiation (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Uno, H. Niikura, M. Morimoto, Y. Ishibashi, H. Miyasaka, M. Irie
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc 巻: 133[34] ページ: 13558-13564
• [雑誌論文] Confinement of photopolymerization and solidification with radiation pressure (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Ito, Y. Tanaka, H. Yoshikawa, Y. Ishibashi, H. Miyasaka, H. Masuhara
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc 巻: 133[37] ページ: 14472-14475
• [雑誌論文] T. Fukaminato, T. Doi, N. Tamaoki, K. Okuno, Y. Ishibashi, H. Miyasaka, M. Irie (2011)
  • 著者名/発表者名: Single-molecule fluorescence photoswitching of a diarylethene-perylenebisimide dyad : nondestructive fluorescence readout
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc 巻: 133[13] ページ: 4984-4990
• [学会発表] 広視野フェムト秒顕微過渡吸収測定による不均一体光電変換系における電子移動反応ダイナミクス (2014)
  • 著者名/発表者名: 片山哲郎、神野 央、宮坂 博
  • 学会等名: 日本化学会第94春季年会
  • 発表場所: 名古屋
• [学会発表] 多重光プロセスが拓く新機能 (2014)
  • 著者名/発表者名: 宮坂 博
  • 学会等名: 日本化学会第94春季年会
  • 発表場所: 名古屋
• [学会発表] 広視野フェムト秒顕微過渡吸収測定による不均一固体光電変換系における電子移動反応ダイナミクス (2014)
  • 著者名/発表者名: 片山哲郎、神野 央、宮坂 博
  • 学会等名: 日本化学会第94春季年会
  • 発表場所: 名古屋
• [学会発表] 広視野顕微過渡吸収測定手法によるP3HTPCBM不均一個体系の励起子拡散および電子移動反応の直接観測 (2013)
  • 著者名/発表者名: 片山哲郎,神野 央,宮坂 博
  • 学会等名: 第7回分子科学討会
  • 発表場所: 京都
• [学会発表] Femtosecond transient absorption microscopic study of diarylethene derivatives in singlecrystalline phase (2013)
  • 著者名/発表者名: Akira Jinno, Tetsuro Katayama, Seiya Kobatake, Hiroshi Miyasaka
  • 学会等名: 26th International Conference on Photochemistry
  • 発表場所: Leuven, Belgium
• [学会発表] 光励起プロセスの新たな選択 (2013)
  • 著者名/発表者名: 宮坂 博
  • 学会等名: 日本化学会第93春季年会
  • 発表場所: 南草津
• [学会発表] 1. Thermal anneal effects of the charge trapping sites in P3HT-PCBM solid fi lm as revealed by femtosecond transient absorption microscopy, (2013)
  • 著者名/発表者名: Tetsuro Katayama, Akira Jinno, Hiroshi Miyasaka,
  • 学会等名: 26th International Conference on Photochemistry
  • 発表場所: Leuven, Belgium
• [学会発表] 2. Femtosecond transient absorption microscopic study of diarylethene derivatives in single-crystalline phase (2013)
  • 著者名/発表者名: Akira Jinno, Tetsuro Katayama, Seiya Kobatake, Hiroshi Miyasaka
  • 学会等名: 26th International Conference on Photochemistry
  • 発表場所: Leuven, Belgium
• [学会発表] 超高速電子移動と核波束運動：フェムト秒縮退四光波混合による観測 (2013)
  • 著者名/発表者名: 長澤 裕，竹内英介，南部翔平，米田勇祐，村松正康，宮坂 博
  • 学会等名: 第7回分子科学討論会
  • 発表場所: 京都
• [学会発表] 広視野顕微過渡吸収測定手法によるP3HT-PCBM不均一個体系の励起子拡散および電子移動反応の直接観測 (2013)
  • 著者名/発表者名: 片山哲郎，神野 央，宮坂 博
  • 学会等名: 第7回分子科学討会
  • 発表場所: 京都
• [学会発表] 結晶系ジアリールエテン誘導体のフェムト秒過渡吸光度イメージング (2013)
  • 著者名/発表者名: 神野 央，片山哲郎，小畠誠也，宮坂 博
  • 学会等名: 光化学討論会
  • 発表場所: 松山
• [学会発表] 無極性溶媒のナノ液滴中における単一ゲスト分子の蛍光発光挙動 (2013)
  • 著者名/発表者名: 伊都将司、飯田篤史、安田雅一、宮坂 博
  • 学会等名: 光化学討論会
  • 発表場所: 松山
• [学会発表] 秒顕微過渡吸収測定装置の開発と不均一固体光電変換系における電子移動反応ダイナミクスへの応用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 片山哲郎、神野 央、宮坂 博
  • 学会等名: 日本化学会第93春季年会
  • 発表場所: 南草津
• [学会発表] 複合励起が拓く高度光子利用分子プロセス (2013)
  • 著者名/発表者名: 宮坂 博
  • 学会等名: 日本化学会第93春季年会
  • 発表場所: 南草津
• [学会発表] 高分子薄膜内ゲスト蛍光分子の三次元単分子追跡 (2013)
  • 著者名/発表者名: 多賀悠平、伊都将司、竹井 敏、宮坂 博
  • 学会等名: 日本化学会第93春季年会
  • 発表場所: 南草津
• [学会発表] One- and multi-photon photochromic reactions of organic molecular systems (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Miyasaka
  • 学会等名: International workshop on Chemometrics in time-resolved and imaging spectroscopy
  • 発表場所: Lille, France
• [学会発表] Observation of the charge trapping site in P3HT - PCBM solid film as revealed by femtosecond transient absorption microscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Katayama, A. Jinno, H. Miyasaka
  • 学会等名: International workshop on Chemometrics in time-resolved and imaging spectroscopy
  • 発表場所: Lille, France
• [学会発表] Femtosecond direct investigation on the adiabatic potential surface for photochromic reactions in diarylethene derivatives (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Miyasaka, T. Katayama, S. Morikawa, Y. Ishibashi, S. Kobatake, M. Irie, S. Fukumoto, T. Nakajima, T. Kawai
  • 学会等名: 17.XXIV IUPAC Symposium on Photochemistry
  • 発表場所: Portugal
• [学会発表] Delocalization dynamics of cationic states in photoconductive poly(N-vinylcarbazole) amorphous solid (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Miyasaka
  • 学会等名: 11th Biennial Trombay Symposium on Radiation & Photochemistry (TSRP-2012)
  • 発表場所: Mumbai, India
• [学会発表] Ultrafast Delocalization Dynamics of Cationic States in Photoconductive Poly(N-vinylcarbazole) Amorphous Solid (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Miyasaka
  • 学会等名: Japan-India Bilateral Seminar on Supramolecular Nanomaterials for Energy Innovation
  • 発表場所: Takamatsu, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] 超高速レーザー多光子吸収を利用したフォトクロミック反応制御 (2011)
  • 著者名/発表者名: 宮坂博
  • 学会等名: 分子科学討論会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2011-09-22
• [図書] Ultrafast Dynamics and Mechanisms of One-Photon and Multiphoton Photochromic Reactions, Chap. 12 in "New Frontiers in Photochromism",Eds. M. Irie, Y. Yokoyama, T. Seki (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Ishibashi, T. Katayama, H. Miyasaka
  • 出版者: Springer
• [図書] New Frontiers in Photochromism (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Ishibashi, T. Katayama, H. Miyasaka
  • 総ページ数: 298
  • 出版者: Springer
• [図書] 光誘起電子移動,"発光の辞典", 太田信廣ら編
  • 著者名/発表者名: 宮坂 博, 片山哲郎
  • 出版者: 朝倉書店 (印刷中)
• [備考]
  • URL: http://www.laser.chem.es.osaka-u.ac.jp/
• [備考] 芳香族高分子系の電子移動反応
  • URL: http://www.laser.chem.es.osaka-u.ac.jp/study/Poly/polymer.htm