お宝研究vol.11

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33藤村　卓也（総合理工学研究科・助教）Takuya Fujimura (Assistant Professor, Interdisciplinary Graduate School of Science and Engineering)研究者紹介概　　　要特　　　色研究成果今後の展望社会実装への展望　光合成の初期過程では光捕集系で集められた光エネルギーを『励起エネルギー移動反応』により光反応中心へ集積し，このエネルギーにより『電子移動反応』を誘起します。このような一連のエネルギーおよび電子の移動が100％に近い効率で行われるのは，光合成系を構築する様々な化合物の立体配置や配向が緻密に制御されていることに由来しています。本研究では上記の光化学反応系の構築を最終目標として，厚みが1ナノメートル程度の無機ナノシートを“足場”として色素分子を精緻に配置した集合構造の構築を目指してきました。その結果，光補修分子をカプセル型化合物中に包接することで，光合成反応で起こっている励起エネルギー移動反応と光誘起電子移動反応を連続的に進行させることに成功しました。　In the initial process of natural photosynthesis, sunlight energy is collected and transferred to the reaction center by light-harvesting system via energy transfer reaction, and then subsequent electron transfer reaction is induced at the reaction center. These efficient reactions can be achieved because of elaborately calculated distinctive arrangements in three dimension and alignment of pigments. In our group, we have aimed to construct dyes assemblies by utilizing a nano-sheet as a scaffold on which dyes are anchored to achieve the sequential energy and electron transfer reactions. As a result, sequential energy and electron transfer reactions were achieved between three kinds of assembled dyes on nano-sheet surfaces and then light absorber was encapsulated to suppress unfavorable reactions.　本研究では光合成に見られるような分子集合体を“足場”となる無機ナノシート上に制御・構築するための手法・条件の確立を目指しています。そのために無機ナノシート上での分子間相互作用の制御はもちろんのこと，分子－無機ナノシート表面間の相互作用に関する知見を得，それに基づいた設計指針により，分子集合体を制御・構築します(図1)。このような観点に基づき作製した分子集合体中において，励起エネルギー移動反応と，それに続く光誘起電子移動反応の実現を目指しました。また本研究では光捕集分子をカプセル型化合物内に包接したイオン性複合分子を用いることで，励起エネルギー移動反応と電子移動反応を独立に駆動することができると考えました (図2)。その結果，このような複合系において71%という高いエネルギー移動反応効率を達成し，この移動したエネルギーを利用することで電子移動反応が81%という高い効率で進行することを明らかにしました。また，意図していない反応は5%以下に抑制することに成功しました。これは意図したエネルギー移動反応とそれに引き続き進行する電子移動反応を能動的に制御できたことを示すものです。今後はこの系の高効率化や光エネルギー-物質変換システムへ展開させ，人工的な光合成系によるエネルギー創製や物質創製プロセスへの応用を目指す予定です。 (本研究はV. Ramamurthy先生(米国, University of Miami)，高木 慎介先生(首都大学東京)との共同研究として進めているものです。)　人工的な光合成系によるエネルギー創製や物質創製プロセスへの応用によって，エネルギー問題解決に貢献することが可能であると考えています。Construction of Molecular Assembly on Inorganic Nano-sheet Surface and Control of Photoinduced Electron Transfer Reaction between Assembled Molecules図1 ナノシートを用いた分子集合体の構築イメージ.図2 カプセル型分子を用いた反応制御イメージ.無機ナノシート表面での分子集合構造の構築と光誘起電子移動反応の制御総合理工学研究科