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ドナー・フラーレン結合分子は長寿命電荷分離状態を実現する有用な分子であるが、ほとんどは共有結合により結合したものである。ドナーである亜鉛ポルフィリンにピリジル基を持つ超分子を構築できる。人工光合成を目指した光機能デバイスの構築には、この配位結合等を応用した自己組織化が有用と考えられる。したがって、本研究では自己組織化により構築されたドナー・フラーレン超分子を合成し、その電荷分離過程を明らかにすることを目的とし、以下の研究を行った。
1:アクセプターとなるフラーレン誘導体の分子構造の設計
電子ドナーとなる亜鉛ポルフィリンに配位しうるフラーレン誘導体としてピリジル基、イミダゾール基を導入した分子を設計し、高い超分子形成定数と電荷分離効率が達成された。
2:温度コントロールによる超分子形成定数の最適化
低温において超分子の形成定数の向上が実験的に認められたことから、従来では超分子内電荷分離には不適であった配位性の極性溶媒における超分子形成への道が開けた。またこの事は、電子移動速度の温度変化が観測可能であることを示唆しており、電荷移動過程を支配する再配向エネルギー等マーカスパラメータの算出が可能である事が明らかとなった。
3:新規超分子系の構築
新たな超分子形成形態として、ロタキサン骨格を利用した空間を通じた電子移動の研究も行った。この系では、サイズに応じて励起1重項からの電荷分離が励起3重項からの電荷分離に切り替わる証拠を得た。また、電荷再結合速度は1マイクロ秒にも及び、その温度依存性から、電荷再結合に関するマーカスパラメータの算出に成功した。算出したパラメータは、通常の化学結合を通したパラメータと大幅に異なり、このことから結合を通した電子移動と空間を通した電子移動の比較が可能となった。
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