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水素移動と光化学反応の強結合による高次機能分子デバイスの創出

公募研究

研究領域ハイドロジェノミクス:高次水素機能による革新的材料・デバイス・反応プロセスの創成
研究課題/領域番号 19H05064
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関立教大学

研究代表者

森本 正和  立教大学, 理学部, 教授 (70447126)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020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)
キーワード水素機能 / 光化学反応 / 蛍光 / プロトン伝導性高分子 / フォトクロミック分子 / 有機強誘電体 / 分子結晶
研究開始時の研究の概要

本研究では、有機固体中の水素移動に由来する機能を分子光化学反応により操作できる高次水素機能分子デバイスを創出することを目的とする。有機分子結晶や高分子材料における水素移動と、フォトクロミック分子の光異性化反応とを強結合させることで、強誘電性やプロトン伝導性に対して光ゲート機能や光パターン化機能を発現させることに挑戦する。このような研究を通じて、水素機能の新しい光操作機構を実証し、水素機能材料と光応答性有機分子の複合化に基づく時空間制御型ハイドロジェノミクスデバイスへ向けた物質設計の基礎を確立することを目指す。

研究実績の概要

本研究では、水素移動と分子光化学反応の融合により高次水素機能分子デバイスを創出することを目的とした。本年度は、プロトン応答型蛍光スイッチ分子とプロトン伝導性高分子からなる複合材料、および水素分子に応答する蛍光分子に着目して研究を行った。
昨年度の研究において、プロトン受容性電子ドナー置換基と電子アクセプター置換基を有する蛍光性フォトクロミック分子誘導体が、溶液中において光異性化反応に伴う蛍光のON/OFFスイッチングを示すとともに、pHすなわち水素イオン(プロトン)濃度に応答して蛍光特性を変化させることを見出していた。この分子を芳香族スルホン酸系プロトン伝導性高分子膜に添加したところ、この分子は高分子膜中においても光異性化反応を示した。また、この複合高分子膜を水蒸気にさらすと高分子膜の蛍光特性が変化することを見出した。これは、高分子膜へ水分子が侵入することによりフォトクロミック分子のプロトン受容性置換基のプロトン化が促進されるためと考えられる。このような光機能分子とプロトン伝導性高分子膜からなる複合材料は蛍光性湿度センサーとして機能すると期待される。また、水素分子に応答する光機能分子の創出へ向けた新たな試みとして、蛍光発光団を有する分子を合成した。この分子を有機溶媒に溶解させ、その溶液に触媒量の金属錯体化合物を添加し、水素ガスを注入したところ、化学反応が起こることで蛍光特性が変化した。これにより、蛍光性水素分子センサーの創出へ向けた分子設計指針に関する知見を得た。

現在までの達成度 (段落)

令和2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2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 4件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Stepwise assembly of ultrathin poly(vinyl alcohol) films on photoresponsive diarylethene crystals2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroka Chiba, Masakazu Morimoto, Masahiro Irie
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 50 号: 1 ページ: 84-86

    • DOI

      10.1246/cl.200693

    • NAID

      130007965967

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Photoinduced swing of a diarylethene thin broad sword shaped crystal: a study on the detailed mechanism2020

    • 著者名/発表者名
      Ayako Fujimoto, Noriko Fujinaga, Ryo Nishimura, Eri Hatano, Luna Kono, Akira Nagai, Akiko Sekine, Yohei Hattori, Yuko Kojima, Nobuhiro Yasuda, Masakazu Morimoto, Satoshi Yokojima, Shinichiro Nakamura, Ben L. Feringa, Kingo Uchida
    • 雑誌名

      Chemical Science

      巻: 11 号: 45 ページ: 12307-12315

    • DOI

      10.1039/d0sc05388k

    • 関連する報告書
      2020 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] Optical microresonator arrays of fluorescence-switchable diarylethenes with unreplicable spectral fingerprints2020

    • 著者名/発表者名
      Daichi Okada, Zhan-Hong Lin, Jer-Shing Huang, Osamu Oki, Masakazu Morimoto, Xuying Liu, Takeo Minari, Satoshi Ishii, Tadaaki Nagao, Masahiro Irie, Yohei Yamamoto
    • 雑誌名

      Materials Horizons

      巻: 7 号: 7 ページ: 1801-1808

    • DOI

      10.1039/d0mh00566e

    • 関連する報告書
      2020 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] Turn-on mode fluorescent diarylethenes: effect of electron-donating and electron-withdrawing substituents on photoswitching performance2020

    • 著者名/発表者名
      Ryota Iwai, Masakazu Morimoto, Masahiro Irie
    • 雑誌名

      Photochemical & Photobiological Sciences

      巻: 19 号: 6 ページ: 783-789

    • DOI

      10.1039/d0pp00064g

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Object Transportation System Mimicking the Cilia of Paramecium aurelia Making Use of the Light‐Controllable Crystal Bending Behavior of a Photochromic Diarylethene2019

    • 著者名/発表者名
      Ryo Nishimura, Ayako Fujimoto, Nobuhiro Yasuda, Masakazu Morimoto, Tatsuhiro Nagasaka, Dr. Hikaru Sotome, Dr. Syoji Ito, Hiroshi Miyasaka, Satoshi Yokojima, Shinichiro Nakamura, Ben L. Feringa, Kingo Uchida
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 58 号: 38 ページ: 13308-13312

    • DOI

      10.1002/anie.201907574

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] An all-photonic full color RGB system based on molecular photoswitches2019

    • 著者名/発表者名
      Gaowa Naren, Chien-Wei Hsu, Shiming Li, Masakazu Morimoto, Sicheng Tang, Jordi Hernando, Gonzalo Guirado, Masahiro Irie, Francisco M. Raymo, Henrik Sunden, Joakim Andreasson
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 10 号: 1

    • DOI

      10.1038/s41467-019-11885-4

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] プロトン応答機能を有する蛍光スイッチングジアリールエテン2020

    • 著者名/発表者名
      石関彩夏・森本正和・入江正浩・重田育照・宮武健治
    • 学会等名
      第14回物性科学領域横断研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Advanced molecular materials based on photochromic diarylethenes bearing hydrogen-functional units2020

    • 著者名/発表者名
      Masakazu Morimoto, Ayaka Ishizeki, Masahiro Irie
    • 学会等名
      1st International Symposium “Hydrogenomics” combined with 14th International Symposium Hydrogen & Energy
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Turn-on mode photoswitchable fluorescent molecules based on photochromic diarylethenes2019

    • 著者名/発表者名
      Masakazu Morimoto
    • 学会等名
      The 41st PhotonIcs & Electromagnetics Research Symposium
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Turn-on mode photoswitchable fluorescent diarylethenes: Substituent effect on photoswitching performance2019

    • 著者名/発表者名
      Masakazu Morimoto, Ryota Iwai, Shoya Takasu, Masahiro Irie
    • 学会等名
      10th International Symposium on Photochromism
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Crystal structures and photochromic reactions of hydrogen-bonding diarylethene crystals2019

    • 著者名/発表者名
      Masakazu Morimoto
    • 学会等名
      Materials Research Meeting 2020
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] 立教大学森本正和研究室ホームページ

    • URL

      https://www2.rikkyo.ac.jp/web/m-morimoto/index.html

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書

URL: 

公開日: 2019-04-18   更新日: 2021-12-27  

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