Development of Photocatalytic System Enabling Synthesis of Multiple Products from One Photon

开发光催化系统，能够从一个光子合成多种产品

• 批准号: 20K05652
• 负责人: 酒井 隼人
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K05652/
• 关键词: 一重項分裂; アセン; 二量体; 励起ダイナミクス; 不斉; 光触媒; 光反応

一重項分裂（SF）は一光子吸収から二つの三重項励起状態を生成する励起ダイナミクスである。そのため量子収率が最大200％まで達する。このダイナミクスを利用すれば従来にはない高効率な光反応システムの構築が期待できる。しかしながら、SFで生じた三重項励起状態を利用した光反応系の構築には、高収率生成と長寿命化が重要である。そこで本年度は、SFから三重項励起状態の高収率生成と長寿命化を主として検討した。これまで、SF発現可能な色素をリンカーで連結した二量体を用いてSFに関して検討してきた。その結果から、SF発現可能な二つの色素間で生じる相互作用を適度に制御すると高収率かつ長寿命な三重項励起状態の生成が可能であることを見出している。更なる長寿命化を達成することができれば、三重項励起状態を利用した様々な光反応系の構築が期待できる。そこで、SF発現可能な色素を複数連結したオリゴマーを構築し、生成した三重項励起状態を色素間で移動させ、長寿命化させることとした。本研究の検討にはSF発現可能なテトラセンを色素として用いることとした。テトラセンは励起三重項状態のエネルギーが比較的高いため、光反応システムの構築に利用することができる。そこでこの色素をオリゴマー化し検討することとした。オリゴマーを合成し分光測定を行った結果、色素間の移動には成功したものの逆方向にも進み生成した２つの三重項励起状態同士が衝突し失活する現象が確認された。これによりオリゴマーに伴う長寿命化の効果がわずかしか観測されなかった。

Singlet分裂（SF）是激发动力学，从一光吸收中产生两个三重激发态。因此，量子收益率达到200％。通过利用这种动态，可以预期将构建一个以前无法使用的高效光电反应系统。但是，高产产生和长寿对于使用SF中产生的三重激发态的光电系统的构建很重要。因此，今年我们主要研究了来自SF的三胞胎激发态中高产量和较长寿命的产生。到目前为止，已经使用链接到具有接头的SF染料的二聚体进行了研究。结果表明，适度控制能够表达SF的染料之间的相互作用可以产生高产量和长寿的三胞胎激发态。如果可以实现进一步的寿命，则可以使用三重激发态构建各种光电系统。因此，构建了一种低聚物，其中多种能够表达SF的染料连接，并在染料之间传递了生成的三胞胎激发态以延长寿命。在研究中，可以用SF表示的四烯用作染料。由于四烯在激发的三重态中具有相对较高的能量，因此可以用于构建光电反应系统。因此，决定将这种染料寡聚并进行调查。合成了低聚物，光谱测量表明，尽管染料之间的转移成功，但已证实两个三重态激发态相互碰撞并停用。这仅导致了对低聚物的长寿影响。

项目成果

Thermodynamic Control of Intramolecular Singlet Fission and Exciton Transport in Linear Tetracene Oligomers

线性并四苯低聚物分子内单线态裂变和激子输运的热力学控制

• DOI: 10.1002/anie.202217704
• 发表时间: 2023
• 期刊: Angewandte Chemie International Edition
• 作者: Nakamura Shunta;Sakai Hayato;Fuki Masaaki;Ooie Rikuto;Ishiwari Fumitaka;Saeki Akinori;Tkachenko Nikolai V.;Kobori Yasuhiro;Hasobe Taku
• 通讯作者: Hasobe Taku

サイクレン骨格を基盤とした環状ペンタセン四量体の合成と分光特性

基于cyclen骨架的环状并五苯四聚体的合成及光谱性质

• 发表时间: 2022
• 作者: 水野 しおん;酒井 隼人;羽曾部 卓
• 通讯作者: 羽曾部 卓

Ultrafast Singlet Fission and Efficient Carrier Transport in a Lamellar Assembly of Bis[(trialkoxyphenyl)ethynyl]pentacene

双[(三烷氧基苯基)乙炔基]并五苯层状组装中的超快单线态裂变和高效载流子传输

• DOI: 10.1021/acs.jpcc.2c00864
• 发表时间: 2022
• 期刊: The Journal of Physical Chemistry C
• 作者: Sakai Hayato;Yoshino Keisuke;Shoji Yoshiaki;Kajitani Takashi;Pu Jiang;Fukushima Takanori;Takenobu Taishi;Tkachenko Nikolai V.;Hasobe Taku
• 通讯作者: Hasobe Taku

ペンタセン-Au25ナノクラスター連結体の合成と励起ダイナミクス評価

并五苯-Au25纳米团簇的合成及激发动力学评价

• 发表时间: 2021
• 作者: 酒井 隼人;細川 泰長;Tkachenko Nikolai;根岸 雄一;羽曾部 卓
• 通讯作者: 羽曾部 卓

Controlled molecular assemblies of chiral boron dipyrromethene derivatives for circularly polarized luminescence in the red and near-infrared regions

手性硼二吡咯亚甲基衍生物的受控分子组装，用于红色和近红外区域的圆偏振发光

• DOI: 10.1039/d2tc05006d
• 发表时间: 2023
• 期刊: Journal of Materials Chemistry C
• 影响因子: 6.4
• 作者: Sakai Hayato;Suzuki Yudai;Tsurui Makoto;Kitagawa Yuichi;Nakashima Takuya;Kawai Tsuyoshi;Kondo Yuta;Matsuba Go;Hasegawa Yasuchika;Hasobe Taku
• 通讯作者: Hasobe Taku