Elucidation of photoionization process in condensed phase by using multiple excitation and development to high-efficiency electron transfer process

通过使用多次激发和开发高效电子转移过程来阐明凝聚相中的光电离过程

• 批准号: 21H01889
• 负责人: 宮坂 博
• 金额: $ 11.4万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01889/
• 关键词: 光誘起電子移動; 多重励起; フェムト秒ダイナミクス; 逐次二光子吸収; 光イオン化; 電子移動; 多重励起過程; ピコ秒ダイナミクス; 多光子吸収

光誘起電子移動反応はエネルギー変換に深く関わる過程であり、その高効率化は重要な課題である。本研究では多重励起により生成した高位電子励起状態からのイオン化を利用し距離の離れた電子供与体－受容体間での電荷分離反応を進行させることで、(1)迅速かつ高収率に、 (2)高エネルギー、かつ (3) 再結合反応が遅い電荷分離状態の生成手法の開拓と確立を目的としている。2022年度は、以下の点から研究を行った。① 低エネルギーイオン化を可能とする特異電子状態の特定と機構解明：溶液中において、置換基を持たない芳香族化合物は迅速に（< 100 fs）光イオン化が進行するが、N,N－ジメチルアミノ基を有する芳香族化合物では、溶媒和の時間程度（数100 fsから数 ps）の時定数で光イオン化が観測される。2021年度に続きヘテロ芳香環化合物であるN-メチルベンゾカルバゾールの光イオン化を測定した結果、N-メチルカルバゾールでは“遅いイオン化過程”が見出されたが、より大きなN-メチルベンゾカルバゾールでは“遅いイオン化過程“は進行しない事が判明した。詳細を検討するためにワークステーションを導入し分子軌道計算を行ったところ、N-メチルベンゾカルバゾールイオン化の前駆体として考えられる高い電子状態としてRydbergのような軌道が見出されず、遅いイオン化に対するRydberg状態の寄与を支持する結果が得られた。② カチオン－電子間距離の見積もり：昨年度に開発したクーロン場内での拡散方程式の数値解析プログラムを用いて、極性および無極性溶媒中の実測のイオン化状態の時間変化の解析を行った。その結果、極性溶媒中でも溶媒和前の短時間では低極性溶媒中のように、大きなクーロン引力と電子の移動度が効果的に作用し、放出直後の電子の極大距離や分布が変化し、その後のジェミネート対の時間変化に影響を与えていることが判明した。

Light induced electron mobility is an important issue in the process of high efficiency conversion. In this study, the generation of high-level electron excitation state, the utilization of distance, the separation of electron donor-acceptor charge separation reaction,(1) the rapid reduction of high recovery rate,(2) the high recovery rate, and (3) the establishment of the generation method of charge separation state in combination with reverse excitation were studied. In 2022, the following points were studied. (1) The specific mechanism of the specific electronic state of the low molecular weight compound is explained: the aromatic compound is rapidly (< 100 fs) converted to light in the solution, and the substitution group is maintained. The aromatic compound is converted to light in the solvent and the time (several 100 fs to several ps). In 2021, the results of the determination of the optical conversion of aromatic ring compounds in N-type and N-type compounds showed that the "optical conversion process" was in progress. The results of the molecular orbital calculation and the analysis of the Rydberg state are presented in detail. 2. The analysis of the numerical value of the dispersion equation in the open field in the past year. The analysis of the time variation of the actual measurement in the polar, polar and non-polar solvents. As a result, in polar solvents, the solvent and the short time before the solvent are different from those in low polar solvents. The maximum distance distribution of electrons after the emission is changed. The influence of the time on the evolution of electrons is different from that of the medium.

项目成果

超短パルスレーザーによる凝縮相分子系の多重光子応答過程の研究

超短脉冲激光凝聚相分子体系多光子响应过程研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 山中美佳;瀧上世奈;松島彩夏;瀧上隆智;宮坂 博
• 通讯作者: 宮坂 博

液相芳香族化合物の光イオン化により生成したカチオン－電子対の超高速ダイナミクス

液相芳香族化合物光电离产生的阳离子电子对的超快动力学

• 发表时间: 2021
• 作者: ○澤田 知弥;古賀 雅史;五月女 光;神戸 正雄;菅 晃一;吉田 陽一;伊都 将司;宮坂 博
• 通讯作者: 宮坂 博

Dynamics and mechanism of radical formation in a highly sensitive oxime photoinitiator as revealed by time-resolved absorption and EPR measurements

• DOI: 10.1016/j.jphotochem.2022.114479
• 发表时间: 2022-12-09
• 期刊: JOURNAL OF PHOTOCHEMISTRY AND PHOTOBIOLOGY A-CHEMISTRY
• 影响因子: 4.3
• 作者: Sameshima，Kaori;Kawakami，Tomomi;Miyasaka，Hiroshi
• 通讯作者: Miyasaka，Hiroshi

多光子イオン化により生成したカチオン－電子対の再結合ダイナミクス：電子易動度と対間距離分布の相関

多光子电离产生的阳离子-电子对的复合动力学：电子迁移率与对距离分布之间的相关性

• 发表时间: 2022
• 作者: 澤田 知弥;五月女 光;宮坂 博
• 通讯作者: 宮坂 博

Photochemical Processes in Higher Excited States Produced by Multiphoton Absorption and Multiple Excitation in the Condensed Phase

凝聚相中多光子吸收和多次激发产生的更高激发态的光化学过程

• 发表时间: 2022
• 作者: Umezaki Utana;Hatakenaka Miu;Onodera Kana;Mizutani Hiroto;Kim Suhyang;Nakasone Yusuke;Terazima Masahide;Kimura Yoshifumi;中谷直輝;Hiroshi Miyasaka
• 通讯作者: Hiroshi Miyasaka