高還元力を高量子効率で生成する多段階電子移動機構の解明

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植物から取り出された光化学系1反応中心について、以下の知見を得た。(1)近赤外領域での電荷分離ダイナミクスの直接測定:室温において、電荷供与体クロロフィルを直接励起して、電荷分離状態のみが吸収を示す波長において電荷分離の進行速度を精密に決定することができた。0.9ピコ秒(50%)と9-10ピコ秒(50%)の二つの時定数で増加することが示された。これは、これまでに精密に電荷分離ダイナミクスが分かっている紅色光合成細菌反応中心における電荷分離と同程度に高速である。電子供与体クロロフィルからの励起エネルギー移動が電荷分離と競合している光化学系1反応中心においては、電荷分離反応が本質的に紅色光合成細菌における電荷分離より数倍高速であることが分かった。(2)電子供与体クロロフィルの示す極短寿命過渡種の発見:720-750ナノメートル近辺では単量体クロロフィルの励起状態は小さな過渡吸収変化しか示さないにもかかわらず、電子供与体クロロフィルの励起状態は比較的大きな吸収変化を示し、かつ、その過渡吸収スペクトルが電荷分離状態のスペクトルとよく似ていることが分かった。これは、確かに電子供与体クロロフィルが二量体であること、および光励起と同時に電荷分離状態的な電子状態を形成していることを示唆している。(3)極低温における電子移動の観測:極低温において、励起エネルギー移動を抑制して、選択的に起こる電子移動の観測を試みたが、現在のところ実験結果の再現性が得られなかった。今後、可動光学系や還元条件の改良を行ないたい。