多孔性表面における吸着高分子系の超長寿命電荷分離状態の生成とダイナミックス

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我々は多孔性樹脂にポリ(N-ビニルカルバゾール)(PVCz)のような高分子を吸着した系で、室温定常光照射によって10時間以上生存する電荷分離状態を生成できることを報告している。本研究では、このような多孔性表面上に高分子化合物を吸着させた系での電子移動過程のダイナミックスとメカニズムを対象とし、機能性界面・表面における長距離電荷輸送に関した最適化条件を獲得することを目的として、以下の観点から研究を行った。まず、広い時間範囲での精密なダイナミックスの測定のために、フェムト秒から数ナノ秒の測定に対しては、光学部品などを購入しフェムト秒の分解能を有する過渡吸収測定システムの構築を行った。更にナノ秒から時間の範囲の測定のために、現有のナノ秒レーザーを用いて拡散反射測定システムを作成した。これらの測定装置を用いて、高極性ミクロ細孔を持たないポーラスシリカガラスや他の吸着剤を用い比較のための資料としてPVCzを吸着し、その光励起後の電荷分離状態のダイナミクスを検討した。その結果、数時間領域で生存する超長寿命電荷分離状態は観測されず、高極性ミクロ環境によるトラップサイトが超長寿命電荷分離状態の生成に重要な役割を果たすことが確認された。また、モデル計算から表面物性の異なる部位の規則性(あるいは周期構造)と吸着部位の規則性(側鎖間の距離)が異なる場合に、このような超長寿命電荷分離状態を作成できることが判明した。これらのデータを基に、最適化されうる系の分子設計を行った。