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2015 年度 実施状況報告書

2種の超分子システムの融合による、新規人工光合成モデルの構築

研究課題

研究課題/領域番号 26790002
研究機関北海道大学

研究代表者

石田 洋平  北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00726713)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード人工光合成 / 光化学 / ナノ材料 / 粘土鉱物 / ポルフィリン / エネルギー移動 / 分子カプセル / 超分子化学
研究実績の概要

これまでの検討により、粘土ナノシート上に共吸着した二種の色素間において、高効率なエネルギー移動反応が進行する事を報告している。本研究では、人工光合成の初期モデルとして、エネルギードナー、エネルギーアクセプター(兼電子ドナー)、電子アクセプターを粘土上に共存させ、エネルギー移動反応と、電子移動反応が段階的に進行する系の構築を目指した。エネルギードナーとして 2-acetylanthracene(AA)を選択し、これをカチオン性カプセル型分子(OAm8+)に内包させた(AA@OAm216+)。エネルギーアクセプター兼電子ドナーとしてtetrakis(1-methylpyridinium-4-yl)porphyrinatozinc(ZnTMPyP4+)を、電子アクセプターとして 1,1'-bis(2,4-dinitrophenyl)-4,4'-bipyridinium(DNPV2+)を選択した。これらの溶液を粘土分散液に撹拌しながら加え、複合化した。
AA@OAm216+-ZnTMPyP4+∩Clayの蛍光測定において、エネルギードナーであるAA@OAm216+の蛍光は減少し、代わりに ZnTMPyP4+の 蛍光強度が増強した。これはAA@OAm216+からZnTMPyP4+へのエネルギー移動反応が進行したことを示している。蛍光スペクトルの解析より、エネルギー移動効率および損失効率は それぞれ67%、5%であった。定常蛍光、時間分解蛍光の詳細な解析により、目的に掲げたエネルギー移動反応と、それに続く電子移動反応が進行していることが明らかとなった。

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

本年度は、本研究で取り上げているナノシート/分子カプセル複合系を用いて人工光合成の初期モデルとして、エネルギードナー、エネルギーアクセプター(兼電子ドナー)、電子アクセプターを粘土上に共存させ、エネルギー移動反応と、電子移動反応が段階的に進行する系の構築を行った。研究課題の目的である新しい人工光合成モデルの構築には基礎的ながらも一部成功し、本課題の目標をおおむね順調に達成している。

今後の研究の推進方策

本研究で、ナノシート表面に固定された光捕集色素、光エネルギーアクセプターおよび電子アクセプターの協奏的な光化学反応が可能であることが示され、新規な人工光合成モデルと呼べるものが提案できた。今後は、より実際の光合成系や優れた物質変換系への展開を目指したい。具体的には、いかに示すような超分子系を設計することで、“電子移動後の精製物を直接単離できる”、いわば植物が行っているような系を目指したい。電子ドナーを溶液中に独立した状態で存在させることにより(つまりナノシート表面に配置しない)、電子移動後にはその電子ドナー分子の価数を変化させ、安定な電荷分離状態を形成可能であると期待している。超寿命に安定な電荷分離状態の達成は現在の光化学研究全般における最大の課題であり、本研究課題で行ったような次世代の超分子システムを用いて克服することができると考えている。

次年度使用額が生じた理由

最終年度である2016年度に分光装置を購入するため、2015年度の使用を一部制限した。

次年度使用額の使用計画

合成のための消耗品、分光装置の購入に充てる。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2016 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (1件) (うち招待講演 1件)

  • [国際共同研究] University of Miami(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      University of Miami
  • [国際共同研究] Universite Paris Sud(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      Universite Paris Sud
  • [雑誌論文] Sequential energy and electron transfer in a three-component system aligned on a clay nanosheet2016

    • 著者名/発表者名
      Takuya Fujimura, Elamparuthi Ramasamy, Yohei Ishida, Tetsuya Shimada, Shinsuke Takagi, Vaidhyanathan Ramamurthy
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      巻: 18 ページ: 5404--5411

    • DOI

      10.1039/c5cp06984j

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 2次元分子集合構造の精密制御と高効率光化学反応系への展開2016

    • 著者名/発表者名
      石田洋平
    • 学会等名
      日本化学会第96春季年会
    • 発表場所
      同志社大学京田辺キャンパス(京田辺市)
    • 年月日
      2016-03-24 – 2016-03-27
    • 招待講演

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公開日: 2017-01-06   更新日: 2022-01-27  

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