電磁場制御環境下における光化学反応の研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15033202
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 太田 信廣 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (70113529)
• 研究分担者: 中林 孝和 北海道大学, 電子科学研究所, 助教授 (30311195)
• キーワード: 光物理化学 / 光反応ダイナミクス / 光機能物性 / 電子励起分子 / 光導電性 / 電界発光

研究概要

定常光励起において電場と磁場を同時に作用させた時の発光スペクトルの変化を調べ、光化学反応ダイナミクスへの電場と磁場の相乗効果を調べる実験を種々の電子ドナー・アクセプター系を対象に調べた。またパルス光励起直後から数ピコ秒の時間分解能で各時間領域毎に分けて電場発光スペクトルを得ることのできる装置を用いて、種々の光誘起電子移動反応系における蛍光スペクトルや蛍光減衰曲線への電場効果を調べる研究を進め、定常光励起における発光スペクトルへの結果との比較を行った。
ITOとアルミを電極として用い、電極間に挟まれたポリマー試料に対して〜±1MV/cmまでの電場を印加して測定を行った。試料の励起には、フェムト秒Ti:Sapphireレーザーの第二高調波もしくは第三高調波を用いている。発光はマイクロチャンネルプレート内蔵型光電子増倍管によって検出する。まずマルチチャンネルアナライザーを4つのセグメントに分割し、この4つのセグメントを、セグメントルータによって設定した時間ごとに切り替える。次にセグメントの切り替えに同期して試料に印加している電場を切り替える。これを繰り返すことで、電場が存在するときと存在しないときの発光減衰曲線を各セグメントに分けて一度に測定することを実現した。これを観測波長を変えて行うことにより、ピコ秒以下の時間領域にわたる時間分割電場発光スペクトルの測定が可能となる。この装置を用いてポルフィリンとC60の連結化合物やpush-pull型のポリエン誘導体をポリマー中にドープした系に関して時間分解電場蛍光スペクトルの測定を行った。
さらに光誘起電子移動が起こりエキサイプレックス蛍光を発するドナー、アクセプターの系について光化学反応への電場と磁場の相乗効果を調べた。例えば、ピレンやフェナントレンとジメチルアニリンやフタルイミドの混合系、カルバゾールとテレフタル酸ジメチルの混合系について実験を行ったが、いずれの系でも、蛍光への電場効果に対する磁場効果が観測され、光化学反応に対する電場と磁場の相乗効果を明らかにすることができた。

研究成果

• [文献書誌] N.Ohta: "Acceleration and deceleration of photoinduced electron transfer rates by an electric field in porpyrin-fullerene dyads"Chem.Phys.Lett.. 368. 230 (2003)
• [文献書誌] M.Mizoguchi: "Fluorescence of an electron donor-acceptor system in a polymer film under the simultaneous application of electric field and magnetic field"Chem.Phys.Lett.. 372. 66 (2003)
• [文献書誌] M.Tsushima: "Time-resolved measurement system of electrofluorescence spectra"Rev.Sci.Instrum.. 75. 479 (2004)
• [文献書誌] M.Tsushima: "Time-resolved measurements of electrofluorescence spectra of linked compounds of pyrene and dmethylaniline in a PMMA polymer film"J.Chem.Phys.. (印刷中). (2004)
• [文献書誌] Md.Wahadoszamen: "Electric field effects on photoisomerization process of diphenylpolyenes doped in a polymer film as revealed by a filed-induced change in fluorescence spectrum"Chem.Phys.Lett.. 387. 124 (2004)
• [文献書誌] 津島 稔: "時間相関単一光子計数法と変調電場を組み合わせた時間分解電場蛍光スペクトル測定装置の製作"分光研究. (印刷中). (2004)
• [文献書誌] Y.Iwaki: "Electric field effects on absorption and emission spectra of end-phenylethynylated meso-meso linked porphyrin arrays in a polymer film"Advanced Macromolecular and Supramolecular Materials and Processes. 320 (2003)