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2020 年度 実施状況報告書

電気化学反応を利用した希土類化合物の動的励起状態制御

研究課題

研究課題/領域番号 20K05641
研究機関千葉大学

研究代表者

中村 一希  千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (00554320)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード希土類発光体 / エレクトロクロミズム / エレクトロフルオロクロミズム / 励起エネルギー移動 / 電気化学発光
研究実績の概要

希土類発光体は優れた発光性を有するものの,有機分子や遷移金属錯体のように外部刺激によるダイナミックな発光制御が困難であった。本研究では,電気化学反応活性な物質と希土類化合物を種々複合化させ,電気化学反応によって誘起される物質間の電子移動,励起エネルギー移動,ダウンコンバージョン,アップコンバージョンなどの光物理過程を用いることで,これまで困難であった希土類イオン励起状態の可逆的形成を目指す。
そのための具体的な手法として,①発光性希土類化合物とエレクトロクロミック分子を複合化し,光励起によって生じた希土類化合物の励起状態を,クロミック反応による励起エネルギー移動の制御によってコントロールすること,②電気化学発光材料からのダウンコンバージョンによる希土類発光体の励起状態形成と近赤外発光,の2点に関して検討を進めた。
①に関しては,同一電極上で希土類化合物とエレクトロクロミック物質を共存させるため,層間内にカチオン性物質を吸着できる粘土化合物の一種である有機化スメクタイトに赤色発光を示すEu(III)錯体、およびエレクトロクロミック反応によってシアンに着色するビオロゲン誘導体を吸着させた粘土複合膜を作製した。同複合体を透明電極上に製膜し、エレクトロクロミズムの発現電圧を印加することで,Eu(III)錯体の光励起状態の効率的な制御による発光性の制御を可能とした。
②に関しては,電気化学発光材料であるジフェニルアントラセン(DPA)及び近赤外発光を示す希土類イオンであるNd(III)イオンの共存環境において、発光特性及び電気化学特性を評価した結果,電気化学的に生成されたDPAの励起状態からNd(III)イオンへエネルギー移動が生じ、Nd(III)イオンが近赤外発光を示すことを実証した。

現在までの達成度 (区分)
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

コロナ禍で年度当初の研究開始が想定より遅れたが,実験再開後は実施内容を絞って効果的に研究コンセプトの実証を行えたと考える。光励起状態によって生成した希土類化合物の励起状態は,電気化学活性物質と電極近傍で固定化を行うことで効果的に制御可能であることが実証され,電気化学素子化の際の一つの指針を得た。
また,電気化学発光性物質からのダウンコンバージョン(励起エネルギー移動)による希土類化合物の励起状態の生成に関しても,溶液系のシンプルな系ではあるが実証を行えたため,本申請研究全体としてのコンセプトは確認されたと考える。

今後の研究の推進方策

上述のように,シンプルな系を用いて本研究の基本コンセプトは実証されたため,今後は申請書に記載の通り,発光性希土類錯体や発光性希土類ナノ粒子と電気化学活性部位を結合,吸着させたより高度な複合系を用いて,「希土類化合物の励起状態の電気化学的制御」に関する概念および具体例を発信する。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 1件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Upconverted blue electrochemiluminescence of 9,10-diphenylanthracene with ultrafast response on photo-electro functional DNA/Ru(bpy)32+ hybrid electrode2021

    • 著者名/発表者名
      Ozawa Ryuki、Minami Haruki、Nakamura Kazuki、Kobayashi Norihisa
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry C

      巻: 9 ページ: 2252~2257

    • DOI

      10.1039/D0TC05651K

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Chiroptical property enhancement of chiral Eu(III) complex upon association with DNA-CTMA2020

    • 著者名/発表者名
      Minami Haruki、Itamoto Natsumi、Watanabe Wataru、Li Ziying、Nakamura Kazuki、Kobayashi Norihisa
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 ページ: 1-8

    • DOI

      10.1038/s41598-020-75808-w

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Alkyl ammonium ion-induced drastic emission enhancement of Eu(D-facam)3 in 1-butanol2020

    • 著者名/発表者名
      Minami Haruki、Miyazato Mayu、Li Ziying、Nakamura Kazuki、Kobayashi Norihisa
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 56 ページ: 13532~13535

    • DOI

      10.1039/D0CC04856A

    • 査読あり
  • [雑誌論文] DNAとRu(II)錯体の組織化による特異的光学特性発現およびその電気化学素子応用2020

    • 著者名/発表者名
      南 晴貴、高橋 亮太、中村 一希、小林 範久
    • 雑誌名

      日本画像学会誌

      巻: 59 ページ: 330~340

    • DOI

      10.11370/isj.59.330

    • 査読あり
  • [学会発表] 光機能性物質間のエネルギー移動制御に基づくエレクトロフルオロクロミズム2021

    • 著者名/発表者名
      中村一希, 柳川菜美子, 小林範久,
    • 学会等名
      電気化学会第88回大会
  • [学会発表] Interaction Between Eu(Ⅲ) Complex and Alkylammonium Salt Leading to the Effective Emission Enhancement2021

    • 著者名/発表者名
      李子瑩, 南晴貴, 中村一希, 小林範久
    • 学会等名
      日本化学会第101春季年会
  • [学会発表] 構造色を示すナノ粒子修飾電極上のエレクトロクロミック反応2021

    • 著者名/発表者名
      大木 洋史、 小林直人、小林範久、中村一希
    • 学会等名
      日本化学会第101春季年会
  • [学会発表] アルキルアンモニウム塩の添加によるキラルEu(III)錯体の特異的発光性向上2020

    • 著者名/発表者名
      南晴貴 中村一希 小林範久
    • 学会等名
      複合系の光機能研究会 オンラインライジングスター研究会
  • [学会発表] Dramatic enhancements of both emission intensity and circular polarization of europium(III) complex in alcohol solution in the presence of alkylammonium ions2020

    • 著者名/発表者名
      南晴貴 宮里麻佑 中村一希 小林範久
    • 学会等名
      2020年web光化学討論会
  • [学会発表] アルキルアンモニウム塩とキラル Eu(III)錯体の相互作用による赤色発光増強およびその光学キラリティー2020

    • 著者名/発表者名
      南晴貴 宮里麻佑 中村一希 小林範久
    • 学会等名
      第36回希土類討論会
  • [学会発表] Responsibility of coloration and luminescent properties of leuco dye introduced into mesoporous silica by external stimuli-response2020

    • 著者名/発表者名
      米徳勇輝, 小林範久, 中村一希,
    • 学会等名
      2020年web光化学討論会
  • [学会発表] Luminescence Color Control Based on Electrochromic Reaction Using Luminescent Leuco Dye Derivatives2020

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Nakamura, Namiko Yanagawa, Norihisa Kobayashi
    • 学会等名
      The 27th International Display Workshops (IDW'20)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Investigation of luminescence performance of Eu(D-facam)3 in the presence of tetramethyl ammonium salt2020

    • 著者名/発表者名
      Ziying Li, Haruki Minami, Mayu Miyazato, Kazuki Nakamura, Norihisa Kobayashi
    • 学会等名
      International Conference on Advanced Imaging 2020(ICAI 2020)
    • 招待講演
  • [学会発表] Electrochemically-triggered upconverted luminescence through triplet-triplet energy transfer and subsequent triplet-triplet annihilation upconversion reaction2020

    • 著者名/発表者名
      Haruki Minami Ryuki Ozawa Kazuki Nakamura Norihisa Kobayashi
    • 学会等名
      Cooperative phenomena in framework materials: Faraday Discussion
    • 招待講演
  • [学会発表] Control of excited energy transfer between luminescent Eu(III) complex and viologen derivative in layered nanostructure2020

    • 著者名/発表者名
      小林直人、小林範久、中村一希
    • 学会等名
      2020年web光化学討論会

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公開日: 2021-12-27  

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