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2021 年度 実績報告書

分子結晶の励起状態と発光機構

公募研究

研究領域ソフトクリスタル:高秩序で柔軟な応答系の学理と光機能
研究課題/領域番号 20H04652
研究機関北海道大学

研究代表者

岩佐 豪  北海道大学, 理学研究院, 助教 (80596685)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
キーワード分子結晶 / 錯体 / 分子間相互作用 / 励起状態 / 発光
研究実績の概要

ソフトクリスタルを構成する分子の多くは、多彩な分子間相互作用を有する。分子間相互作用は、励起状態からの緩和経路の変調や、複数の分子間に広がる新たな電子励起状態の形成をもたらすため、ソフトクリスタルの発光機構の解明には、複数種の分子間相互作用を適切に考慮した理論手法が必要になる。本研究では、金属間相互作用と配位子間相互作用の競合する分子結晶の発光過程の学理を構築することを目指して、計算手法の開発と応用を行ってきた。
本年度は、QM/MM法の独自実装を進めた。QM計算には高速なRI-DFT計算が可能なTURBOMOLEを利用し、MM領域は点電荷とLennard-Jones(LJ)ポテンシャルとして扱った。SCF計算を行う際に、MM原子の位置にDFTから求めた自然電荷を考慮した。その後、エネルギー勾配を計算した出力ファイルに、各QM原子がMM原子から受けるLJポテンシャルからの力を追加するルーチンを作成し、これらの力を用いて構造最適化を行うようにした。金イソシアニド錯体10分子を結晶構造から切り出し、そのうちの2分子をQM領域、残りの8分子をMM領域とした構造最適化を基底状態、および第一励起一重項状態に対して行い、MM領域の有無で最適化構造に違いがでることを確認した。今後は、実験結果の解析に向けた計算を進めて行く。
また、前年に引き続きクラスター錯体の研究も進めた。今年度は、同じAu25SR18(SRはチオール)で表される2つの構造異性体の光物性の解明に取り組み、コアになるクラスターが対称性のよいコンパクトな形状を取ると原子が密に集まり電子密度が上がる。その結果、HOMOが不安定化してHOMO-LUMO gapエネルギーの低下と吸収ピークの低エネルギー化をもたらすことを明らかにした。関連して、異種原子ドープによる金・銀クラスター錯体の発光機能の向上などについての共同研究も行なった。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2021

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Single-molecule laser nanospectroscopy with microelectron volt energy resolution2021

    • 著者名/発表者名
      Imada Hiroshi、Imai-Imada Miyabi、Miwa Kuniyuki、Yamane Hidemasa、Iwasa Takeshi、Tanaka Yusuke、Toriumi Naoyuki、Kimura Kensuke、Yokoshi Nobuhiko、Muranaka Atsuya、Uchiyama Masanobu、Taketsugu Tetsuya、Kato Yuichiro K.、Ishihara Hajime、Kim Yousoo
    • 雑誌名

      Science

      巻: 373 ページ: 95~98

    • DOI

      10.1126/science.abg8790

    • 査読あり
  • [雑誌論文] [Ag23Pd2(PPh3)10Cl7]0: A new family of synthesizable bi-icosahedral superatomic molecules2021

    • 著者名/発表者名
      Hossain Sakiat、Miyajima Sayuri、Iwasa Takeshi、Kaneko Ryo、Sekine Taishu、Ikeda Ayaka、Kawawaki Tokuhisa、Taketsugu Tetsuya、Negishi Yuichi
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 155 ページ: 024302~024302

    • DOI

      10.1063/5.0057005

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Photoluminescence of Doped Superatoms M@Au12 (M = Ru, Rh, Ir) Homoleptically Capped by (Ph2)PCH2P(Ph2): Efficient Room-Temperature Phosphorescence from Ru@Au122021

    • 著者名/発表者名
      Takano Shinjiro、Hirai Haru、Nakashima Takuya、Iwasa Takeshi、Taketsugu Tetsuya、Tsukuda Tatsuya
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 143 ページ: 10560~10564

    • DOI

      10.1021/jacs.1c05019

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A comparative study of structural, electronic, and optical properties of thiolated gold clusters with icosahedral vs face-centered cubic cores2021

    • 著者名/発表者名
      Miyamoto Maho、Taketsugu Tetsuya、Iwasa Takeshi
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 155 ページ: 094304~094304

    • DOI

      10.1063/5.0057566

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Barium Oxide Encapsulating Cobalt Nanoparticles Supported on Magnesium Oxide: Active Non-Noble Metal Catalysts for Ammonia Synthesis under Mild Reaction Conditions2021

    • 著者名/発表者名
      Sato Katsutoshi、Miyahara Shin-ichiro、Tsujimaru Kotoko、Wada Yuichiro、Toriyama Takaaki、Yamamoto Tomokazu、Matsumura Syo、Inazu Koji、Mohri Hirono、Iwasa Takeshi、Taketsugu Tetsuya、Nagaoka Katsutoshi
    • 雑誌名

      ACS Catalysis

      巻: 11 ページ: 13050~13061

    • DOI

      10.1021/acscatal.1c02887

    • 査読あり
  • [学会発表] チオラート修飾金クラスターにおける正二十面体と面心立方体コアの構造、電子、および光学特性の理論研究2021

    • 著者名/発表者名
      宮本真帆、岩佐豪、武次徹也
    • 学会等名
      シンポジウム「化学反応経路探索のニューフロンティア2021」
  • [学会発表] 正二十面体と面心立方体のAu13コアを有するチオラート修飾金クラスターの構造、電子、および光学特性の理論研究2021

    • 著者名/発表者名
      宮本真帆、岩佐豪、武次徹也
    • 学会等名
      第15回分子科学討論会

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公開日: 2022-12-28  

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