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2018 Fiscal Year Annual Research Report

Development of luminescence properties by the manipulation of interface in Soft Crystals

Planned Research

Project AreaSoft Crystals: Science and Photofunctions of Easy-Responsive Systems with Felxibility and Higher-Ordering
Project/Area Number 17H06374
Research InstitutionAoyama Gakuin University

Principal Investigator

長谷川 美貴  青山学院大学, 理工学部, 教授 (70306497)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 山中 正道  静岡大学, 理学部, 准教授 (10377715)
徐 超男  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 総括研究主幹 (70235810)
Project Period (FY) 2017-06-30 – 2022-03-31
Keywordsソフトクリスタル / 薄膜 / 希土類 / 発光 / 構造
Outline of Annual Research Achievements

希土類錯体に長鎖アルキル基を導入したソフトクリスタルの光化学機能開拓を試みた。配位子が6個の窒素原子で希土類イオンに配位しヘリカルな構造を有する分子に炭素が種々の個数で連結したアルキル鎖を含むアシル基を導入した。この系は、ヘリカルな時と希土類の発光の様相が異なったため、理論計算と単結晶構造解析により、溶液中では金属と配位子が1:2で、固体では2:3の比率で結合している分子種に変換され、その際に窒素原子ではなくアシル基の酸素が希土類イオンと配位結合することを見出した。この成果はDalton Trans.(Back cover)およびChem. Lett.に掲載された。
また、ナフトエ酸に炭素が15個のアルキル基を導入した配位子を新たに設計し、新しい方法で合成を行った。この分子を湿式法で石英基板に移し取り希土類を含む分子膜を積層させた。この構造解析は、放射光実験施設SPring-8の粉末XRD装置にアタッチメントを取り付け層間距離を、光導波路分光測定によりπ電子系の傾きを求め、結晶構造とは異なる分子配列の形成を確かめた。この薄膜はナフトエ酸を光アンテナとし、希土類イオンから強いff発光を示すとともに、この発光に直線偏光特性があることを見出した。この系はNew Journal of Chemistry誌に掲載され、表紙に採択された。
また、重水中でのランタニドヒドロゲル形成を試み、その分子集合体のバンドル形成と発光現象についても相関をまとめ、学術論文としてRSC Advancesに掲載された。その他、チームとして20報の論文を掲載することができた。
研究代表者は、国際会議・集会で15件の招待講演を行うなど、直接専門家と研究成果を議論する場を得ることができ、2名の学生が日本化学会CSJ化学フェスタで優秀ポスター賞を受賞するなど、積極的な成果報告を行い、それらが高く評価された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

単分子膜の累積には、水面での分子膜のフレキシビリティが必要で、累積実験の条件を精査することが極めて難しいため、時間がかかることが予測された。しかしながら、高い発光量子収率を示す条件まで見出すことができ、予定よりも早く膜状のソフトクリスタルを累積させ、偏光発光発現まで含めて論文として報告することができた。なお、この系はプレスリリースにより多くの新聞に取り上げられた。その他の系についても順調に研究が進んでいる。
また、いわゆるキレート効果を組み込んだ希土類錯体にアシル基を導入すると、その酸素原子の電荷密度がキレート効果よりも優先的に作用すること発見した。この系は、種々のアルキル鎖長の誘導体を用い、それらの発光スペクトル、発光寿命、発光量子収率が、アシル基を持たない母骨格の系と明らかに異なる傾向を示すことから派生し、期せずして希土類錯体のキレート効果の科学の本質を証明することに至った。溶液中ではTD-DFT計算に基づく予測が実験結果のトレンドをよく再現し(Dalton Trans.)、さらに単結晶が得られたので放射光X線構造解析を行い、確かにアシル基酸素が6座のキレート効果を促すヘテロ環窒素よりも優先的に希土類と配位結合することを実験的に証明できた(Chem. Lett.)。

Strategy for Future Research Activity

キラルな分子構造がソフトクリスタルの発光機能に及ぼす影響について、その分子構造変化と円偏光発光あるいは円二色性吸収スペクトル等とともに精査していく。具体的には次の系を取り扱う。なお、これらの系は、グループ内での共同研究、加藤昌子先生(北海道大学)、石井和之先生(東大生産研)とも協力し、目的を達成していく。
(1)円偏光発光性を示す非対称な希土類錯体の機械的刺激による発光発現とその分子配列変化の相関に着目して研究を進める。また、類似した物質系で、ヘリカルな構造を有する分子を用いると結晶溶媒の種類により発光が変化する、いわゆるベイポクロミズム現象を発見している。
(2)トリボルミネッセンスを示す低分子希土類錯体を発見した(未発表)。配位子のエネルギー移動を経由したいわゆるフォトルミネッセンスの原理とは異なる経路でのエネルギー失活によるものであると推測されているが詳細は不明瞭である。本系では、新たな機能発現とその効率化を目指し、低分子希土類錯体を用いたトリボルミネッセンスの原理解明に取り組む。
(3)分子の膜化とその界面での集合化に焦点を当てた希土類薄膜の長残光化に取り組む。これらの媒体にはアミノ酸やバイオミネラル等を用いる。

Remarks

2018年度に青山学院大学が集中的に本研究課題を推進するために研究所を設置してくださった。長谷川は現在研究所所長を兼任し、研究会を中心に新たな課題に向けた共同研究を積極的に行っている。

  • Research Products

    (60 results)

All 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (15 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 15 results,  Open Access: 5 results) Presentation (40 results) (of which Int'l Joint Research: 17 results,  Invited: 15 results) Remarks (2 results) Funded Workshop (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Technical Institute of Vienna(オーストリア)

    • Country Name
      AUSTRIA
    • Counterpart Institution
      Technical Institute of Vienna
  • [Int'l Joint Research] Strasbourg University(フランス)

    • Country Name
      FRANCE
    • Counterpart Institution
      Strasbourg University
  • [Journal Article] Gelation and luminescence of lanthanide hydrogels formed with deuterium oxide2019

    • Author(s)
      Zama Yusuke、Yanai Kazushige、Takeshita Juri、Ishii Ayumi、Yamanaka Masamichi、Hasegawa Miki
    • Journal Title

      RSC Advances

      Volume: 9 Pages: 1949~1955

    • DOI

      10.1039/C8RA08504H

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Soft Crystals: Flexible Response Systems with High Structural Order2019

    • Author(s)
      Kato Masako、Ito Hajime、Hasegawa Miki、Ishii Kazuyuki
    • Journal Title

      Chemistry ? A European Journal

      Volume: 25 Pages: 5105~5112

    • DOI

      10.1002/chem.201805641

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Trap-controlled mechanoluminescent materials2019

    • Author(s)
      Zhang Jun-Cheng、Wang Xusheng、Marriott Gerard、Xu Chao-Nan
    • Journal Title

      Progress in Materials Science

      Volume: 103 Pages: 678~742

    • DOI

      10.1016/j.pmatsci.2019.02.001

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Multicolor upconversion luminescence of dye-coordinated Er3+ at the interface of Er2O3 and CaF2 nanoparticles2019

    • Author(s)
      Ishii Ayumi、Adachi Yuya、Hasegawa Ayaka、Komaba Miyu、Ogata Shuhei、Hasegawa Miki
    • Journal Title

      Science and Technology of Advanced Materials

      Volume: 20 Pages: 44~50

    • DOI

      10.1080/14686996.2018.1558911

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Coordination competition between N6-hexadentate- and acyl-moiety in a ligand to lanthanide ions in anti-chelate effects2019

    • Author(s)
      Ogata Shuhei, Goto Naoto, Yoshihara Koushi, Kunihisa Sugimoto, Iwasawa Daichi, Kondo Takahiro, Kondo Kazuki, Mizushima Soichi, Tsuchiyagaito Junko, Kawaguchi Shogo, Goto Kenta, Hatanaka Miho, Ishii Ayumi and Miki Hasegawa
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 0 Pages: 00

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Making graphene luminescent by adsorption of an amphiphilic europium complex2018

    • Author(s)
      Hara Yusuke、Yoshihara Koushi、Kondo Kazuki、Ogata Shuhei、Watanabe Takeshi、Ishii Ayumi、Hasegawa Miki、Koh Shinji
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 112 Pages: 173103~173103

    • DOI

      10.1063/1.5016418

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Enzymatic hydrolysis-induced degradation of a lactose-coupled supramolecular hydrogel2018

    • Author(s)
      Akama Shuto、Maki Takumi、Yamanaka Masamichi
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 54 Pages: 8814~8817

    • DOI

      10.1039/C8CC04727H

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Gabriel Synthesis of Hexakis(aminomethyl)benzene and Its Derivatization2018

    • Author(s)
      Masuda Junya、Kondo Seiya、Matsumoto Yoshiteru、Yamanaka Masamichi
    • Journal Title

      ChemistrySelect

      Volume: 3 Pages: 6112~6115

    • DOI

      10.1002/slct.201800985

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Synthesis of a Bis-Urea Dimer and Its Effects on the Physical Properties of an Amphiphilic Tris-Urea Supramolecular Hydrogel2018

    • Author(s)
      Sawada Hiroki、Yamanaka Masamichi
    • Journal Title

      Chemistry - An Asian Journal

      Volume: 13 Pages: 929~933

    • DOI

      10.1002/asia.201800217

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Scalable Elasticoluminescent Strain Sensor for Precise Dynamic Stress Imaging and Onsite Infrastructure Diagnosis2018

    • Author(s)
      Liu Linsheng、Xu Chao-Nan、Yoshida Akihito、Tu Dong、Ueno Naohiro、Kainuma Shigenobu
    • Journal Title

      Advanced Materials Technologies

      Volume: 4 Pages: 1800336~1800336

    • DOI

      10.1002/admt.201800336

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Sustainable Mechanoluminescence by Designing a Novel Pinning Trap in Crystals2018

    • Author(s)
      Tu Dong、Hamabe Ryouta、Xu Chao-Nan
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 122 Pages: 23307~23311

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.8b06714

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Piezophotonics: From fundamentals and materials to applications2018

    • Author(s)
      Hao Jianhua、Xu Chao-Nan
    • Journal Title

      MRS Bulletin

      Volume: 43 Pages: 965~969

    • DOI

      10.1557/mrs.2018.296

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Phosphorescence Resulting from Interaction between Two Non-equivalent Metals on a Helical π-Conjugated Surface2018

    • Author(s)
      Akiyama Midori、Tsuchiya Yuto、Ishii Ayumi、Hasegawa Miki、Kurashige Yuki、Nozaki Kyoko
    • Journal Title

      Chemistry - An Asian Journal

      Volume: 13 Pages: 1902~1905

    • DOI

      10.1002/asia.201800780

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Slow Magnetic Relaxation in a Palladium-Gadolinium Complex Induced by Electron Density Donation from the Palladium Ion2018

    • Author(s)
      Izuogu David C.、Yoshida Takefumi、Zhang Haitao、Cosquer Goulven、Katoh Keiichi、Ogata Shuhei、Hasegawa Miki、Nojiri Hiroyuki、Damjanovi? Marko、Wernsdorfer Wolfgang、Uruga Tomoya、Ina Toshiaki、Breedlove Brian K.、Yamashita Masahiro
    • Journal Title

      Chemistry - A European Journal

      Volume: 24 Pages: 9285~9294

    • DOI

      10.1002/chem.201800699

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Alkyl chain elongation and acyl group effects in a series of Eu/Tb complexes with hexadentate π-electronic skeletons and their enhanced luminescence in solutions2018

    • Author(s)
      Ogata Shuhei、Goto Naoto、Sakurai Shoya、Ishii Ayumi、Hatanaka Miho、Yoshihara Koushi、Tanabe Ryota、Kayano Kyosuke、Magaribuchi Ryo、Goto Kenta、Hasegawa Miki
    • Journal Title

      Dalton Transactions

      Volume: 47 Pages: 7135~7143

    • DOI

      10.1039/c7dt04899h

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Luminescent Lanthanide Complexes with the Hilicate Molecular Structure toward to the Soft Crystals2018

    • Author(s)
      Miki Hasegawa
    • Organizer
      The 7th International Mini-symposium on Advanced Coordination Chemistry: Satellite Symposium on Soft Crystals
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Enhanced Luminescence in Lanthanide Complexes with Helical Molecular Structure in Solutions2018

    • Author(s)
      Miki Hasegawa
    • Organizer
      The 10th International Symposium on Nano and Supramolecular Chemistry (ISNSC2018)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Photoelectric conversion and photoemission properties of an interfacial Eu complex on a TiO2 film2018

    • Author(s)
      Miki Hasegawa
    • Organizer
      43th International Conference on Coordination Chemistry 2018 (ICCC2018)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Structures and Luminescence Properties of Lanthanide Complex Immobilized on ZnO Nanorods2018

    • Author(s)
      Miki Hasegawa
    • Organizer
      43th International Conference on Coordination Chemistry 2018 (ICCC2018)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Luminescence behavior in the solid state of a series of helicate Tb complex2018

    • Author(s)
      Miki Hasegawa
    • Organizer
      43th International Conference on Coordination Chemistry 2018 (ICCC2018)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Luminescence properties of Eu and Tb ions in polyvinyl alcohol with organic molecules2018

    • Author(s)
      Miki Hasegawa
    • Organizer
      43th International Conference on Coordination Chemistry 2018 (ICCC2018)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Enhanced Intramolecular Energy Transfer in a Strengthened Helical Structure in Europium complexes and their Luminescent Behavior in ionic liquid2018

    • Author(s)
      Miki Hasegawa
    • Organizer
      43th International Conference on Coordination Chemistry 2018 (ICCC2018)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Sensing profiles of a water-soluble Eu complex with a single helical ligand2018

    • Author(s)
      Miki Hasegawa
    • Organizer
      43th International Conference on Coordination Chemistry 2018 (ICCC2018)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Alkyl chain elongation of Eu complexes with helical p-electronic skeletons and their enhanced luminescence properties in solution2018

    • Author(s)
      Miki Hasegawa
    • Organizer
      43th International Conference on Coordination Chemistry 2018 (ICCC2018)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The Helicate Structure in Lanthanide Complexes towards Luminescent Soft Crystals2018

    • Author(s)
      Miki Hasegawa
    • Organizer
      43th International Conference on Coordination Chemistry 2018 (ICCC2018)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] New Aspects of the Enhanced ff-Emission in Hilicate Complexes2018

    • Author(s)
      Miki Hasegawa
    • Organizer
      The 10th International Conference on f-Elements (ICFE10)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] アントラキノン誘導体を配位子としたEu錯体/TiO2薄膜素子の光電変換特性2018

    • Author(s)
      高橋陸、石井あゆみ、長谷川美貴
    • Organizer
      第8回CSJ化学フェスタ2018
  • [Presentation] ヘリカルな水溶性Eu錯体と金属イオンの相互作用によるセンシング特性2018

    • Author(s)
      佐相輝、長谷川美貴、他
    • Organizer
      第8回CSJ化学フェスタ2018
  • [Presentation] 希土類錯体を固定化したZnOナノロッドの構造と光学特性2018

    • Author(s)
      古宮裕章、石井あゆみ、長谷川美貴
    • Organizer
      第8回CSJ化学フェスタ2018
  • [Presentation] 有機分子を導入したポリビニルアルコール中のユウロピウムおよびテルビウムの発光特性2018

    • Author(s)
      小林峻、長谷川美貴、他
    • Organizer
      第8回CSJ化学フェスタ2018
  • [Presentation] キラル部位を含むランタニド錯体の種々の状態における発光特性2018

    • Author(s)
      稲塚雄大、長谷川美貴、他
    • Organizer
      第8回CSJ化学フェスタ2018
  • [Presentation] Lactose-coupled supramolecular hydrogel responsive to enzymatic reaction2018

    • Author(s)
      Masamichi Yamanaka
    • Organizer
      The 10th Singapore International Chemistry Conference (SICC-10)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Enzymatic Hydrolysis Responsive Supramolecular Hydrogel2018

    • Author(s)
      Masamichi Yamanaka
    • Organizer
      International Conference on Emerging Advanced Nanomaterials ICEAN 2018
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Synthesis and Property of Hexakis-urea2018

    • Author(s)
      Masamichi Yamanaka
    • Organizer
      43rd International Conference on Coordination Chemistry (ICCC 2018)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 超分子ヒドロゲルを用いた生体高分子の電気泳動2018

    • Author(s)
      山中正道、他
    • Organizer
      第69回日本電気泳動学会総会
    • Invited
  • [Presentation] 酵素応答性超分子ヒドロゲルの開発2018

    • Author(s)
      山中正道、他
    • Organizer
      第28回日本MRS年次大会
  • [Presentation] 超分子ゲル形成における低分子ゲル化剤ダイマーの添加効果2018

    • Author(s)
      山中正道、他
    • Organizer
      第29回基礎有機化学討論会
  • [Presentation] ヘキサキスアミド及びウレア誘導体の合成と物性2018

    • Author(s)
      山中正道、他
    • Organizer
      第8回CSJ化学フェスタ
  • [Presentation] 糖親水基を有する低分子ヒドロゲル化剤の開発2018

    • Author(s)
      山中正道、他
    • Organizer
      第8回CSJ化学フェスタ
  • [Presentation] ヘキサキスアミド及びウレア誘導体の合成と構造解析2018

    • Author(s)
      山中正道、他
    • Organizer
      第29回基礎有機化学討論会
  • [Presentation] 糖親水基を有する低分子ヒドロゲル化剤の開発2018

    • Author(s)
      山中正道、他
    • Organizer
      第29回基礎有機化学討論会
  • [Presentation] 生体イメージングを目指した近赤外応力発光体による応力分布の可視化2018

    • Author(s)
      徐超男、他
    • Organizer
      公益社団法人日本セラミックス協会 2018年年会
  • [Presentation] 新規赤色応力発光材料Ca4Ti3O10:Pr3+の開発2018

    • Author(s)
      徐超男、他
    • Organizer
      公益社団法人日本セラミックス協会 2018年年会
  • [Presentation] 近赤外応力発光を利用した生体イメージングへの挑戦2018

    • Author(s)
      徐超男、他
    • Organizer
      第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 水素社会に資する見えないき裂の可視化技術2018

    • Author(s)
      徐超男
    • Organizer
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • Invited
  • [Presentation] Progress in piezoluminescence and mechanoluminescence2018

    • Author(s)
      徐超男
    • Organizer
      4th International Workshop on Persistent and Photostimulable Phosphors (2018)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Approaches to new field of multi-piezo: Ceramics, films and composites2018

    • Author(s)
      徐超男
    • Organizer
      4th International Workshop on Persistent and Photostimulable Phosphors (2018)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 応力発光技術に関する最近の取り組み2018

    • Author(s)
      徐超男
    • Organizer
      フレキシブルエネルギ-デバイスコンソ-シアム平成30年度第2回講演会
    • Invited
  • [Presentation] 応力発光によるノッチ入り試験片の強度評価2018

    • Author(s)
      徐超男、他
    • Organizer
      第38 回エレクトロセラミックス研究討論会
  • [Presentation] 強誘電体を用いた新規Multi-Piezo発光体の開発2018

    • Author(s)
      徐超男、他
    • Organizer
      第38 回エレクトロセラミックス研究討論会
  • [Presentation] 層状ペロブスカイト構造を有する応力発光材料の構造制御と発光特性評価2018

    • Author(s)
      徐超男、他
    • Organizer
      第38 回エレクトロセラミックス研究討論会
  • [Presentation] 近赤外応力発光体を利用した生体内の応力分布の可視化2018

    • Author(s)
      徐超男、他
    • Organizer
      第38 回エレクトロセラミックス研究討論会
  • [Presentation] Piezoluminescence LiNbO3:Pr3+ for stress sensing with no threshold2018

    • Author(s)
      徐超男
    • Organizer
      Low Dimensional Materials for Optoelectronics (LDMO2018)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 応力発光体とマルチピエゾ機能 -生体関連への展開-2018

    • Author(s)
      徐超男、他
    • Organizer
      公益社団法人日本セラミックス協会 第22回生体関連セラミックス討論会
    • Invited
  • [Presentation] 応力発光技術を用いた構造物の最先端損傷評価2018

    • Author(s)
      徐超男、他
    • Organizer
      サステナブル技術連携促進シンポジウム「インフラメンテナンス」 ~オール産総研の最先端インフラ点検・モニタリング・診断技術を紹介~
    • Invited
  • [Remarks] 青山学院大学 長谷川研究室

    • URL

      www.chem.aoyama.ac.jp/Chem/ChemHP/inorg2/

  • [Remarks] 青山学院大学 未来材料化学デザイン研究所

    • URL

      https://www.aoyama.ac.jp/research/laboratory/fmcd/

  • [Funded Workshop] The 7th International Mini-symposium on Advanced Coordination Chemistry: Sattelite Symposium on Soft Crystals2018

URL: 

Published: 2019-12-27  

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