カーボンナノチューブを用いる光機能性分子の二量体構造ー物性相関の解明

利用碳纳米管阐明二聚体结构与光功能分子物理性质之间的关系

基本信息

批准号：
16J01983
负责人：
白鎭碩
金额：
$ 0.83万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では単層カーボンンナノチューブ(Single-walled carbon nanotube, SWNT)の側壁へアリールラジカル付加反応を行い、ポルフィリンの二量体・単量体の選択的形成を実現した。アリールラジカル付加反応では、2 個のアリール基がSWNT上で隣接した位置に固定されると理論的に予測されており、報告者の先行研究により近年初めて検証された(Nature Communications 2015, 6, 7732)。アリールラジカル付加反応を用いてポルフィリン分子を一段階および二段階反応によりSWNTに連結し、SWNT-ポルフィリン二量体複合体およびSWNT-ポルフィリン単量体複合体を選択的に創出し、ポルフィリン二量体がSWNT-ポルフィリン複合体の光物性に与える影響を詳細に検討した。さらに、ポルフィリンとSWNT間のリンカーとしてフェニレン基、ナフタレン基、フラン基を用いることでSWNT上のポルフィリン二量体構造の系統的な変化による光物性の変化も検討した。他のポルフィリン二量体と比べてポルフィリン面がお互いに向かい合っている構造の二量体の場合、吸収スペクトルで比較的に大きな変化が見られた。一方、単層カーボンナノチューブを用いた系では電荷分離状態と並んでしばしばエキシプレックス生成が観測される。従って、エキシプレックス生成と減衰過程を正しく理解することは光電荷分離状態の有効利用のために重要である。本研究ではポルフィリンの二量化によりポルフィリン-SWNT間エキシプレックスが単量体と比べて長寿命化され、その寿命はリンカーの構造により異なることがわかった。これらの結果から、ポルフィリン二量化はエキシプレックス状態を長寿命化し、ポルフィリンーSWNT間リンカーの構造もその寿命に大きな影響を与えていることを見出した。

在这项研究中，在单壁碳纳米管（SWNT）的侧壁上进行了芳基的添加反应，从而实现了卟啉二聚体和单体的选择性形成。在芳基自由基的添加反应中，从理论上预测，两个芳基将固定在SWNT上的相邻位置，并且近年来由记者先前的研究验证（自然通信2015，6，7732）。使用芳基自由基添加反应将卟啉分子通过单步反应与SWNT联系起来，选择性地创建SWNT-porphyrin二聚体复合物和SWNT-PORPHYRIN单体复合物，以及卟啉蛋白二聚体对SWNT-Porphyrin络合物复合物的光化特性的影响。此外，通过使用苯烯基，萘组和呋喃基团作为卟啉和SWNT之间的接头，还研究了SWNT上卟啉二聚体结构的系统变化而导致光学性质的变化。与其他卟啉二聚体相比，在吸收光谱中观察到了相对较大的变化。另一方面，在使用单壁碳纳米管的系统中，经常观察到Expiplex形成与电荷分离状态一起观察到。因此，正确理解离心型生成和衰减过程对于有效使用光电分离状态很重要。在这项研究中，发现卟啉的二聚化使卟啉-SWNT的动感持续时间比单体更长，并且寿命取决于接头结构。从这些结果中可以发现，卟啉二聚化增加了离心型状态，并且卟啉-SWNT接头的结构对其寿命也有重大影响。

项目成果

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Pyrene dimer and monomer on single-walled carbon nanotubes

单壁碳纳米管上的芘二聚体和单体

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
作者：
Jinseok Baek;Tomokazu Umeyama;Yuta Sato;Kazu Suenaga;Hiroshi Imahori
通讯作者：
Hiroshi Imahori

Tampere University of Technology(Finland)

坦佩雷理工大学（芬兰）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Aromatic Molecular Dimer on Single-Walled Carbon Nanotubes

单壁碳纳米管上的芳香族分子二聚体

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
作者：
Jinseok Baek;Tomokazu Umeyama;Hiroshi Imahori
通讯作者：
Hiroshi Imahori

Elucidation of the close relationship between photofunctional molecular dimer structure and photophysical properties using nanocarbon materials

利用纳米碳材料阐明光功能分子二聚体结构与光物理性质之间的密切关系

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
作者：
Jinseok Baek;Tomokazu Umeyama;Hiroshi Imahori
通讯作者：
Hiroshi Imahori

Remarkable Dependence of Exciplex Decay Rate on Through-Space Separation Distance between Porphyrin and Chemically Converted Graphene

DOI：
10.1021/acs.jpcc.6b10325
发表时间：
2016-12
期刊：
Journal of Physical Chemistry C
影响因子：
3.7
作者：
T. Umeyama;Takuma Hanaoka;Jinseok Baek;T. Higashino;F. Abou-Chahine;N. Tkachenko;H. Imahori
通讯作者：
T. Umeyama;Takuma Hanaoka;Jinseok Baek;T. Higashino;F. Abou-Chahine;N. Tkachenko;H. Imahori