ナノ空間を利用した光機能性材料の開発

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  • 岸本 史直
    東京大学大学院工学系研究科化学システム工学専攻

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タイトル別名
  • Development of Photofunctional Materials Using Inorganic Nanospace
  • ナノ クウカン オ リヨウ シタ ヒカリ キノウセイ ザイリョウ ノ カイハツ

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抄録

カーボンニュートラル社会の構築に向けて，太陽光エネルギーの積極的利用・貯蔵は中核を成す課題である。他方，ユニークな光機能を有する材料は，Society 5.0を支える新たなデバイスやセンサーを実現する。すなわち，「光を操る」ことはエネルギー・材料化学のホットトピックスである。本稿では，精密設計された層状ナノ空間への発光性有機分子の充填による，光エネルギーの自在変換を可能とする光機能性材料の開発例を述べる。（1）ナノシート積層型ベクトル電子移動系による光触媒作用：チオールエンクリック反応によって創出したチタン酸ナノシートとタングステン酸ナノシートの交互積層構造の層間にRu(bpy)32+を導入することで，可視光照射によるRu(bpy)32+を介したタングステン酸からチタン酸へのZ-Scheme型電子移動と，水素生成光触媒反応の実証に成功した。（2）層間アップコンバージョンによる光触媒の駆動：粘土層間に有機分子を充填することで，従来困難であった水・酸素共存中で緑色光から青色光への短波長変換が可能なフォトン・アップコンバージョン材料を開発した。この材料を用い，太陽光中の主成分である長波長光を利用して，短波長光下でのみ作用する光触媒を駆動させることに成功した。（3）「触媒的脱アミノ化法」によるナノ空間への無置換アレーン充填法による光機能材料設計：粘土層間およびゼオライト細孔内に導入したアレーンアンモニウムの脱アミノ化反応によるナノ空間への無置換アレーンの充填法を開発した。この無置換アレーンは粘土層間で安定ラジカルとして存在し，スチレン重合の開始剤として機能し，高分子末端に直接アリール基が結合した光機能性ポリスチレンを得ることに成功した。ゼオライト細孔内の無置換アレーンの発光色は，ゼオライトの閉じ込め効果を受けて変化し，ゼオライトホストの設計によって有機EL材料に最適な発光色を得ることができた。

収録刊行物

  • ゼオライト

    ゼオライト 38 (3), 52-40, 2021-07-15

    一般社団法人日本ゼオライト学会

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