赤外光による共役ラジカルイオン二量体における電荷移動の誘起と有機デバイスへの応用

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 20K05421
• 研究機関: 青山学院大学
• 研究代表者: 坂本 章 青山学院大学, 理工学部, 教授 (90262146)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 赤外光誘起 / 共役ラジカルイオン二量体 / 電子－分子振動相互作用 / 電荷移動 / 赤外吸収分光 / ラマン分光 / 時間分解分光

研究実績の概要

本研究では，共役ラジカルイオン二量体分子系を対象に，巨大な強度をもつ分子間での電荷移動を誘起する分子振動モードを特定し，これをモード選択的にピコ秒パルス赤外光で励起することで，2つの共役分子間での電荷移動の誘起と制御を行う．さらに，パルス赤外光で誘起した電荷移動をピコ秒時間分解分光測定によっても追跡し，振動励起するモードごとに電荷移動の効率とダイナミクスの違いを解明する．令和3年度には，主に，以下の4つの研究を行った．
(1) 共役二量体分子の複数のアニオン種の振動分光分析：2つの共役分子(ビフェニル)をアルキル鎖で連結した共役二量体分子[3,3](4,4’)ビフェニロファンをアルカリ金属(K)で還元しながら紫外・可視・近赤外吸収分光と共鳴ラマン分光を行い，アニオン種の生成メカニズムを明らかにするとともに，ラジカルアニオンとジアニオンの振動解析を行った．
(2) ベンゼンの対称性と呼吸振動：ベンゼンの様々な同位元素置換体のラマンスペクトルの測定と密度汎関数法計算に基づく振動解析から，“ベンゼン環の対称性”と“呼吸振動の有無および強度”の関係を解析した．
(3) 光応答性二核錯体の光誘起準安定状態の解明：光照射によって焦電特性やスピン・電子移動などを複合的に制御できる光応答性二核錯体に対して，極低温(～7 K)から室温まで温度を変えながら赤外吸収測定を行い，特異な焦電特性の起源を明らかにした．
(4) アニオン応答性光機能性分子の光励起ダイナミクスの解明：アニオン応答性光機能性分子のアニオンの有無による光励起状態の構造とダイナミクスを，時間分解赤外分光によって解析した．

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

「5. 研究実績の概要」に記述したように，令和3年度には，本研究の目的と関連する複数の研究を実施した．本研究はおおむね順調に進展していると考えている．

今後の研究の推進方策

令和4年度以降には，以下の研究を実施する予定である．
(1) ラジカルイオン二量体における分子間電荷移動を誘起する振動モードの特定と解析
(2) ラジカルイオン二量体における赤外光誘起電荷移動の制御

次年度使用額が生じた理由

理由：フェムト秒チタンサファイア再生増幅器の出力が低下し，原因の特定と修理に想定以上に時間がかかったために，共役二量体分子のラジカルイオンなどの時間分解分光測定と解析が十分にはできなかった．そこで，研究費を次年度に繰越して，当初の研究目的を達成することを計画した．
使用計画：すでに上記の問題は解決しているため，令和4年度に共役二量体分子のラジカルイオンなどの時間分解分光測定と解析に取り組む予定である．

研究成果

• [雑誌論文] Excited-state dynamics of dipyrrolyldiketone difluoroboron complexes (2022)
  • 著者名/発表者名: Ryota Sato, Hajime Okajima, Shinya Sugiura, Yohei Haketa, Yusuke Kinoshita, Hitoshi Tamiaki, Akira Sakamoto, Hiromitsu Maeda and Yoichi Kobayashi
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 24 ページ: 1685～1691
  • DOI: 10.1039/D1CP04804J
  • 査読あり
• [雑誌論文] ATR-FTIR Study of Synthetic Peptide Analogs of the Calcium-Binding Site III of Rabbit Skeletal Muscle Troponin C: Effects of Amino-Acid Replacement (2022)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Nara, Hisayuki Morii, Akira Sakamoto, Takuya Miyakawa, Masaru Tanokura
  • 雑誌名: Peptide Science 巻: 2021 ページ: 161～162
  • 査読あり
• [雑誌論文] Symmetry of the benzene ring and its normal vibrations: The “breathing” mode is not always a normal vibration of a benzene ring (2021)
  • 著者名/発表者名: Akira Sakamoto and Mitsuo Tasumi
  • 雑誌名: Journal of Raman Spectroscopy 巻: 52 ページ: 2282～2291
  • DOI: 10.1002/jrs.6131
  • 査読あり
• [雑誌論文] Manipulating electron redistribution to achieve electronic pyroelectricity in molecular [FeCo] crystals (2021)
  • 著者名/発表者名: Pritam Sadhukhan, Shu-Qi Wu, Jeremy Ian Long, Takumi Nakanishi, Shinji Kanegawa, Kaige Gao, Kaoru Yamamoto, Hajime Okajima, Akira Sakamoto, Michael L. Baker, Thomas Kroll, Dimosthenis Sokaras, Atsushi Okazawa, Norimichi Kojima, Yoshihito Shiota, Kazunari Yoshizawa, and Osamu Sato
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 ページ: 4836
  • DOI: 10.1038/s41467-021-25041-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 錠剤成型したアミノ酸の簡便な振動円二色性分光－水溶液中での測定との比較－ (2022)
  • 著者名/発表者名: 岩瀬 孟司，中川 裕貴，岡島 元，島田 林太郎，坂本 章
  • 学会等名: 2021年度 日本分光学会 生細胞分光部会研究会
• [学会発表] [3.3](4,4’)ビフェニロファンの複数のアニオン種の振動分光分析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 白石 隼矢，島田 林太郎，岡島 元，坂本 章
  • 学会等名: 日本化学会 第102春季年会(2022)
• [学会発表] 赤外分光法によるEFハンドモチーフの構造解析－配位子セリンがCa2＋配位構造に及ぼす影響 (2022)
  • 著者名/発表者名: 奈良 雅之，森井 尚之，坂本 章，宮川 拓也，田之倉 優
  • 学会等名: 日本化学会 第102春季年会(2022)
• [学会発表] [3.3](4,4’)ビフェニロファンのラジカルアニオンの振動分光分析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 白石 隼矢，岡島 元，島田 林太郎，坂本 章
  • 学会等名: 第15回分子科学討論会 2021
• [学会発表] 錠剤成型したアミノ酸の振動円二色性分光－水溶液中での測定との比較－ (2021)
  • 著者名/発表者名: 岩瀬 孟司，中川 裕貴，岡島 元，島田 林太郎，坂本 章
  • 学会等名: 第15回分子科学討論会 2021
• [学会発表] 9-フェニルアントラセン(9PA)の3つの重水素化物の合成と電子励起された9PAの詳細なラマン分光分析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉澤 優花，佐藤 宏樹，岡島 元，島田 林太郎，坂本 章
  • 学会等名: 第15回分子科学討論会 2021
• [学会発表] Molecular Structures and Dynamics of Photoresponsive Molecules and Complexes Revealed by Ultrafast Infrared Spectroscopy and Steady-state Infrared Spectroscopy under Cryogenic Condition and Photo-irradiation (2021)
  • 著者名/発表者名: Akira Sakamoto, Genki Aoyama, Yusuke Horie, Hajime Okajima
  • 学会等名: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2021 (Pacifichem 2021)
  • 国際学会 / 招待講演