Development and application of new structural analysis on the light-induced radical pair by time-resolved electron spin resonance spectroscopy

时间分辨电子自旋共振光谱光诱导自由基对新结构分析的开发与应用

• 批准号: 17J01125
• 负责人: 長嶋 宏樹
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J01125/
• 关键词: 電子スピン共鳴(EPR/ESR); 一重項分裂; ラジカルペア; 光化学; 電荷分離; スピン変換; 構造解析; 電子スピン分極イメージング; クリプトクロム; 時間分解電子スピン共鳴; シングレットフィッション; 五重項状態; 電子スピン共鳴

一重項分裂（singlet fission，SF）は一つの励起一重項状態から2つの三重項状態を形成する反応で、太陽電池の効率を引き上げる方法として注目されている。SFはスピン許容遷移であり、まず一重項状態の三重項励起子ペア1(TT)が形成される。次にそれが五重項状態5(TT)へと変換され、実際に時間分解電子スピン共鳴(TREPR)法で観測されている(Weiss et al., Nature Physics 2017, Tayebjee et al., Nature Physics 2017)。多重励起子が五重項状態を形成することは重要で、S0 + S0状態への失活や、逆反応である三重項三重項消滅(TTA)によるS1 + S0状態の再生が、一重項状態1(TT)の場合と比べてより抑制されている。そのため1(TT)から5(TT)へのスピン変換は太陽電池、発光デバイス、アップコンバージョン材料などの応用への鍵となる過程であり、スピン変換機構の解明が重要である。本研究では, 時間分解電子スピン共鳴計測を行い、五重項状態の形成を確認した。凝集体や結晶においては, 三重項励起子対が分子のオーダーした領域においてピコ秒-ナノ秒のスケールで移動することにより、全体として一重項状態にあった励起子対から五重項状態励起子対へと変換するS-Qミキシング(一重項-五重項混合)反応が起こっていると提案した。このような機構は溶液における凝集体や金ナノ粒子表面にSF材料を結合させたような系において重要であることを明らかにした. またSF材料の二量体における五重項状態の観測から、励起子が動かない系で五重項形成が一種の緩和効果によるとするモデルを提案した. 以上の成果をThe Journal of Physical Chemistry Cなどにおいて発表した.

单线裂变（SF）是一种反应，从一个激发的单线状态形成两个三胞胎状态，并吸引注意力是提高太阳能电池效率的一种方式。 SF是一种自旋易溶解的过渡，首先形成了单线状态下的三胞胎激子对1（TT）。然后将其转换为五重状态5（TT），实际上已经使用时间分辨的电子自旋共振（TREPR）方法观察到（Weiss等人，Nature Physics 2017； Tayebjee等，Tayebjee等，Nature Physics 2017）。重要的是要形成五重击状态，并且由于对S0 + S0状态失活而导致的S1 + S0状态的再生和三重态三重歼灭（TTA）的反应相比，比单线1（TT）更受抑制。因此，从1（tt）到5（tt）的自旋转换是用于诸如太阳能电池，发光设备，上转换材料等的应用的关键过程，澄清自旋转换机制很重要。在这项研究中，进行了时间分辨的电子自旋共振测量值，以确认五重状态的形成。有人提出，在聚集体和晶体中，S-Q混合（Singlet-Quitt混合）反应发生在这种反应中，三重态激子对在分子的顺序上以皮秒纳秒为单位移动，从分子的阶段进行了兴奋子对，从激子对转化为单曲态，这些激子对在singlet状态中转化为fivet state state state exciton Pairs。该机理在SF材料与溶液和金纳米颗粒中骨料表面键合的系统中很重要。此外，从SF材料二聚体的五重奏状态的观察中，我们提出了一个模型，其中五重奏组的形成是一种不动的系统中的一种放松效应。上述结果在《物理化学杂志》和其他杂志上介绍。

项目成果

EPR and ENDOR studies on geometry of the reaction intermediates

反应中间体几何形状的 EPR 和 ENDOR 研究

• 发表时间: 2018
• 作者: Nagashima Hiroki;Kawaoka Shuhei;Akimoto Seiji;Tachikawa Takashi;Matsui Yasunori;Ikeda Hiroshi;Kobori Yasuhiro;長嶋宏樹
• 通讯作者: 長嶋宏樹

Spin conversion of the singlet-fission-born multiexciton in the amorphous aggregates

非晶聚集体中单重态裂变产生的多激子的自旋转换

• 发表时间: 2018
• 作者: H. Nagashima;S. Kawaoka;S. Akimoto;T. Tachikawa;Y. Matsui;H. Ikeda;Y. Kobori
• 通讯作者: Y. Kobori

TREPR法によるシングレットフィッションにおける五重項状態の生成機構

TREPR方法研究单重态裂变五重态的生成机制

• 发表时间: 2018
• 作者: 長嶋宏樹;河岡秀平;秋本誠志;立川貴士;松井康哲;池田浩;小堀康博
• 通讯作者: 小堀康博

Dimeric Structure of the Blue Light Sensor Protein Photozipper in the Active State

活性状态下蓝光传感器蛋白光电拉链的二聚体结构

• DOI: 10.1021/acs.biochem.7b01045
• 发表时间: 2017
• 期刊: Biochemistry
• 影响因子: 2.9
• 作者: Ozeki Kohei;Tsukuno Hiroyuki;Nagashima Hiroki;Hisatomi Osamu;Mino Hiroyuki
• 通讯作者: Mino Hiroyuki

Exergonic Intramolecular Singlet Fission of an Adamantane-Linked Tetracene Dyad via Twin Quintet Multiexcitons

• DOI: 10.1021/acs.jpcc.9b04503
• 发表时间: 2019-08-08
• 期刊: JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C
• 影响因子: 3.7
• 作者: Matsui, Yasunori;Kawaoka, Shuhei;Ikeda, Hiroshi
• 通讯作者: Ikeda, Hiroshi