人工光合成を指向した量子ドット光増感剤の表面機能化研究

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本研究の目的は、量子ドットを活用した人工光合成系の構築である。その達成のため、通常量子ドットの保護に用いられる表面保護配位子の機能化の検討を行った。当該年度では、表面保護配位子に依存したCdSe量子ドットの表面状態および電子状態の詳細な検討を行った。CdSe量子ドットの表面状態や溶液中の分散状態は、量子ドット表面を覆う表面保護配位子に依存すると考えられるが、触媒反応系中における詳細はあまり検討されていない。そのため、量子ドット表面状態を詳細に把握し、その制御に対する知見を得る目的で、触媒条件下における量子ドットの測定を行った。表面保護配位子の大きさに依存し、触媒条件下における分散性が変化し、水素発生反応の活性とも相関が見られた。これにより、溶液中での量子ドットの制御も系の構築には必要不可欠である。また、これまでに検討してきたCdSe量子ドットの発光スペクトルでは、非発光の状態を有するものについて、励起状態の情報が得られておらず、一部議論が困難であった。本研究で得られているCdSe量子ドットについて、過渡吸収スペクトルを測定することにより、非発光状態を有するCdSe量子ドットの電子状態も明らかとなり、その詳細を議論することが可能となった。CdSe量子ドットの電子状態は表面保護配位子の構造に大きく依存しており、表面保護配位子に芳香環を含まない構造の場合、３次元的に電子状態が制御されたトラッピングモデルとみなすことができる一方で、芳香環を含む場合では量子力学的にランダムな動きをすることがわかっている。この結果は、水素発生反応の結果とも相関を有しており、量子ドット内の電子状態を制御することも高活性な触媒系を構築するのに必要な要素である。