光捕集機能を有するナノシート型人工光合成系の構築

具有光捕获功能的纳米片型人工光合作用系统的构建

基本信息

批准号：
14J03441
负责人：
塚本孝政
金额：
$ 1.39万
依托单位：
The University of Tokyo (2015)Tokyo Metropolitan University (2014)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

アニオン性の粘土ナノシートをホスト、独自に開発したカチオン性の光捕集色素と光触媒色素をゲスト分子として、光捕集機能を有するナノシート型光物質変換系の構築を行った。この光捕集色素と光触媒色素を共吸着させ、吸着量・吸着比の制御により、最大で100%のエネルギー移動効率を達成した。この色素-ナノシート複合体を用いて光触媒性能を検討した。光捕集色素を選択的光励起した際の反応活性の比較検討により、両者が共存した系でのみ光触媒反応が進行した。これにより光捕集機能を付与した光物質変換系の構築に成功した。またこの系においては特異的に光捕集色素が効率100%の活性種メディエータとなり、光触媒色素を保護・分解抑制する新たな機能も発現した。結果、光捕集と光物質変換の両機能を合わせ持った『次世代型人工光合成系』の構築を達成した。一方新たなアプローチでのナノシート型人工光合成系の構築を目指し、発光性金属錯体ナノシートの開発を行った。3叉テルピリジン配位子と亜鉛イオンを用い、有機-水の液液界面において新規亜鉛-テルピリジンナノシートの合成に成功した。このナノシートは発光性能を有し、青色発光を示した。計算によりナノシートの発光は分子内電荷移動（ICT）遷移に由来することが示された。そこで配位子の構造改変によるICTの制御を試みた。配位子の骨格を高電子密度のものに変更した結果ナノシートは橙色発光を示し、光化学性能の制御に成功した。更にテルピリジン錯体ユニットのカチオン性に着目し、アニオン性色素ゲスト導入によるナノシートへの光化学性能の付与を試みた。キサンテン色素溶液へのナノシート浸漬により色素ゲストの導入に成功した。このナノシート中では、シートからゲストへのエネルギー移動が起こり、エネルギー移動効率は90%以上に達した。このようにゲスト導入によるナノシートへの光捕集能の付与に成功した。

我们以阴离子粘土纳米片为主体，自主开发的阳离子光捕获染料和光催化染料为客体分子，构建了具有光捕获功能的纳米片型光材料转换系统。通过共吸附这种捕光染料和光催化染料并控制吸附量和吸附率，我们实现了高达100%的能量转移效率。研究了这种染料-纳米片复合材料的光催化性能。对捕光染料选择性光激发时反应活性的比较研究表明，光催化反应仅在两者共存的系统中进行。结果，我们成功构建了具有光收集功能的光学材料转换系统。此外，在该系统中，光捕获染料专门成为效率为100%的活性物种介体，并且还开发了一种新功能来保护和抑制光催化染料的分解。由此，我们成功构建了兼具光收集和光物质转换功能的“下一代人工光合作用系统”。另一方面，为了利用新方法构建纳米片型人工光合作用系统，我们开发了发光金属络合物纳米片。我们使用三管齐下的三联吡啶配体和锌离子成功地在有机-水液-液界面合成了新型的三联吡啶锌纳米片。该纳米片具有发光性能并呈现蓝色发光。计算表明，纳米片的发射源自分子内电荷转移（ICT）跃迁。因此，我们试图通过改变配体的结构来控制ICT。由于将配体骨架改为具有高电子密度的配体骨架，纳米片发出橙色光并成功控制光化学性能。此外，着眼于三联吡啶络合物单元的阳离子性质，我们尝试通过引入阴离子染料客体来赋予纳米片光化学性能。通过将纳米片浸入呫吨染料溶液中，成功引入了染料客体。在这种纳米片中，能量从片材转移到客体，能量转移效率达到90%以上。这样，我们通过客体引入成功地赋予了纳米片光捕获能力。