高分子LB膜中に導入された光機能団の電子伝達過程の解析

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高秩序な分子組織体であるLangmuir-Blodgett膜中での光反応ダイナミックス、特に光誘起電子移動過程、エネルギー移動過程を明らかにすることは高機能素子開発につながる極めて重要な課題である。本研究ではLB膜中に導入された光機能団の挙動を、分子配向、分子配列、分子間距離などの分子環境因子との関係より検討することを目的としている。今回は光機能団としてカルバゾール基を高分子LB膜中に導入して、電子受容体であるビオローゲングループへの電子移動について検討した。光機能団として、ビニルカルバゾール基を導入した高分子LB膜中での光誘起電子移動過程において、LB膜中に規則的に配列したカルバゾール基間のエネルギー移動を伴った電子移動により効果的な励起カルバゾールの消光過程が進行していることが明らかになった。その機構の中で励起エネルギーがLB膜中にわずかに存在するカルバゾール基間のエキシマー生成サイトにトラップされることにより、効果的な電子移動が阻害されていることが示された。そこで、高効率な電子移動系を構築するため、エキシマーを形成しにくい発色団であるカルバゾリルエチルアクリレートモノマーをコモノマーとして得られる高分子LB膜の電子移動過程について検討した。優れたLB膜形性能を有するN-ドデシルアクリルアミド(DDA)との共重合を行った。得られた共重合体は安定な単分子膜およびLB膜を与えた。得られたLB膜のスペクトルはエキシマー発光はほとんど観測されず、エキシマー生成サイトによる励起エネルギーのトラップの少ないLB膜が形成していることが解った。カルバゾール基間の高効率なエネルギー移動が進行していることが期待される。続いて、得られた高分子LB膜を用いて、カルバゾールからステアリルビオローゲンへの光誘起電子移動についてカルバゾール基の蛍光の消光より検討した。ビオローゲンの2次元濃度を変えて、カルバゾールの蛍光強度を測定した。わずかなビオローゲンの存在によりカルバゾールの蛍光は消光された。また、カルバゾール基の含有量の大きなLB膜中でも消光効率は増加し、ビニルカルバゾール共重合体のLB膜の場合とは異なった。このことはエネルギートラップとして作用するエキシマー生成サイトへの励起エネルギーの移動はなく、効果的な消光サイトへのエネルギーマイグレーションのみが進行していることが解った。このことは、このLB膜系が効率的なエネルギー捕集系として作用していることを示す、新しい発見である。