2017 Fiscal Year Annual Research Report
励起エネルギーランドスケープ制御に基づくフォトン・アップコンバージョンの高効率化
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17J04506
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
河野 宏徳 九州大学, 工学府, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2020-03-31
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| Keywords | フォトン・アップコンバージョン / 三重項-三重項消滅 / 自己組織化 / 酸素バリア |
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| Outline of Annual Research Achievements |
低強度光の有効利用は、エネルギー分野・生体分野のいずれにおいても非常に重要である。有機発色団同士の三重項-三重項消滅 (TTA) に基づくフォトン・アップコンバージョン (UC) は、低強度の励起光 (~ mW cm-2) をより短波長の光へと変換する技術である。この技術を水中に展開することは、光触媒の高効率化や生体イメージングへの応用に向け非常に魅力的である。しかし、TTA 過程は三重項励起状態を経由するため、消光剤である酸素から励起種を保護することが必要とされていた。デバイス等への応用に関しては無機材料や高分子材料による酸素耐性の付与が可能である一方、溶液系においては酸素耐性を有するナノ～マイクロメートルスケールの材料の構築が必要不可欠である。
そこで本研究では、水中での自己組織化に基づき酸素から三重項励起状態を保護する「酸素バリア能」を発現させるための分子設計指針の確立を目指した。合成した両親媒性化合物の水中における構造秩序性が低く、溶存酸素酸素存在下では励起三重項が消光されるために、TTA-UCが観測されなかった。そこで、分子の集積密度の向上と、分子集合体-水界面の安定化に基づく酸素バリア機能の発現をはかるべく、疎水性イオン対の概念を導入して検討を重ねた結果、長鎖アニオンを添加することで、酸素ブロック能が発現し、溶存酸素の存在下、目的とするTTA-UCを実現することに成功した。
この成果は、アルキル鎖による疎水性ドメインを形成するという簡便な手法により、酸素バリア能を発現するという自己組織化の新たな可能性を見出したものであり、他の波長域へ拡張し、分子設計指針の一般化や固体系への展開を目指す予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究では、緑から青への波長変換域における酸素バリア能の評価とメカニズムの考察を行い、色素周りの分子密度を向上させることで酸素バリア能が発現することが明らかとなった。現在、近赤外光から可視光への変換を試みており、すでに水中で集合化するアクセプター分子を合成している。今後はこの分子と三重項増感剤を組み合わせ、酸素共存条件での TTA-UC 評価を行っていく予定である。水中で酸素から励起三重項を保護するための基本となる分子設計指針が確立され、さらなる発展が期待できるため、期待以上に研究が進展したと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題は研究実施計画書の通り、酸素バリア能を他の波長域に展開することによる一般化および固体系への展開を目指していく。申請者は、酸素バリア能の発現に関する研究だけではなく、室温で過冷却となるイオン液体を用いることで、結晶相中にドナーを分散させることに成功しており、この知見を活かすことで固体系へと展開した際にもドナー・アクセプター間の相分離を防ぐことが可能であると予想される。これらによって固体系においても効率的な TTA-UC と酸素バリア能の発現を目指す。
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