近赤外光を可視光にアップコンバージョンするMOFの創出

创建将近红外光上转换为可见光的 MOF

• 批准号: 22KF0295
• 负责人: 楊井 伸浩
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22KF0295/
• 关键词: フォトン・アップコンバージョン; 多孔性金属錯体; 励起三重項

低エネルギー光を高エネルギー光に変換するフォトン・アップコンバージョンは太陽電池や人工光合成の効率を飛躍的に向上させるとして期待されている。中でも近赤外光から可視光へのフォトン・アップコンバージョンは太陽電池や人工光合成といったエネルギー分野に加え、オプトジェネティクスや光線力学療法といったバイオ分野への応用も期待されている。しかし、これまで固体中におけるフォトン・アップコンバージョンは効率が低いという問題があった。本研究では金属イオンと架橋配位子からなるmetal-organic framework (MOF)中に色素を規則的に配列させることで、高効率なフォトン・アップコンバージョンを示す固体材料の開発を試みた。近赤外光を可視光にフォトン・アップコンバージョンするMOF材料を実現するため、発光色素を精密に集積したMOFの設計と合成に取り組んだ。本年度は特に配位子及びMOFの合成に注力した。テトラセンなどのアセン系色素に金属配位部位として複数のカルボン酸を導入した分子を合成した。複数の合成ルートを探索した結果、高い収率でMOF構築を系統的に検討するために必要な量の色素含有配位子を合成することに成功した。色素分子が合成できたことはNMRや質量分析により確認を行った。得られた色素含有配位子と反磁性の金属イオンとの錯形成により新規MOFの構築を行った。配位子と金属イオン、更に補助配位子の組み合わせを変化させ、合成の際の溶媒や温度といった条件を変化させることで最適な合成条件の探索を行ったところ、複数種類のMOFの合成に成功した。X線構造解析により密に色素部位が集積したMOFが形成されたことを確認できた。

光子上转换将低能光转换为高能光，有望显着提高太阳能电池和人工光合作用的效率。其中，从近红外光到可见光的光子上转换有望不仅应用于太阳能电池、人工光合作用等能源领域，还将应用于光遗传学、光动力治疗等生物领域。然而，迄今为止，固体中的光子上转换一直存在效率低下的问题。在这项研究中，我们试图通过在由金属离子和桥联配体组成的金属有机框架（MOF）中规则排列染料来开发一种表现出高效光子上转换的固体材料。为了实现光子将近红外光上转换为可见光的MOF材料，我们致力于设计和合成具有精确集成发光颜料的MOF。今年，我们特别关注配体和 MOF 的合成。我们合成了将多个羧酸作为金属配位点引入并苯染料（例如并四苯）的分子。经过探索多种合成路线，我们成功合成了高产率系统研究MOF构建所需数量的含染料配体。核磁共振和质谱证实了染料分子的成功合成。通过将获得的含染料配体与抗磁性金属离子络合，构建了一种新的 MOF。我们通过改变配体、金属离子和辅助配体的组合，以及改变合成过程中的溶剂和温度等条件来寻找最佳合成条件，发现可以成功合成多种类型的MOF。 X射线结构分析证实形成了具有密集积累的染料位点的MOF。

项目成果

Structural and Functional Aspects of Coordination Polymeric Networks: Catalysis and Photochemistry

配位聚合物网络的结构和功能方面：催化和光化学

• 发表时间: 2022
• 作者: Xie Shaoxiong;Shi Jikai;Xu Qian;Wang Qingyuan;Zhu Jianguo;Sato Yukio;Chen Qiang;Bhavesh Parmar
• 通讯作者: Bhavesh Parmar