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教授 灰野 岳晴(はいの たけはる)
罢别濒：082-424-7426
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大学院先进理工系科学研究科化学プログラム
准教授 関谷 亮(せきや りょう)
罢别濒：082-424-7403
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(注: ＊は半角@に置き換えてください)
本研究成果のポイント
- 复数の発光性有机置换基をナノグラフェンに导入することによる中间色の再现
- ナノグラフェンの凝集を利用した凝集诱起発光増幅の実现
概要
広岛大学大学院先进理工系科学研究科の构造有机化学研究室(有村咲纪(博士前期课程2年)?松本育也(研究当时博士课程前期2年)?関谷亮(准教授)?灰野岳晴(教授)は、様々な有机置换基で修饰可能なナノグラフェン*1の特徴を生かすことで中間色発光が可能な複合材料を実現した。また、ナノグラフェンの凝集を利用することで、凝集誘起発光増幅(Aggregation Induced Emission Enhancement)*2による発光强度の増强が起こることを示した。本研究成果により、様々な中间色を単一构造体で再现できる复合材料の実现が期待される。
研究成果はWiley-VCHより出版されている「Angewandte Chemie - International Edition」(I.F.=16.6)に2024年1月23日にオンライン版が掲載された。
背景
発光材料は様々な用途に用いられるため、现在盛んに研究がなされている。発光色は発光を担う発光性分子の电子构造に影响を受けるため、全ての発光色が容易に达成できるわけではない。例えば、紫色発光は大きなバンドギャップが必要であるため、炭素?水素?窒素などの典型元素からなる有机化合物で紫色発光を実现した例は极めて少ない。このような场合、青色発光や赤色発光などを混合することで紫色発光が再现される。単一构造体で紫色発光を含む中间色の発光を自在に再现できれば、発光材料の开発を大幅に短缩することが可能になる。
研究成果の内容
黒铅からトップダウン法*3により得られるナノグラフェンは、エッジ部分にカルボン酸などの含酸素官能基を多数有する。そのため、複数の機能性有機置換基で修飾することで多様な機能を発現させることが可能である。この性質を利用して青色発光と赤色発光を示す有機置換基をナノグラフェンに一括導入することで紫色発光の再現を目指した(図1a)。その結果、360 nmの光で化学修飾したナノグラフェンを励起したところ、青色発光と赤色発光が同時に起こり、中間色である紫色発光を再現することができた(図1b)。さらに、ナノグラフェンに導入した青色発光と赤色発光の発光強度が励起光の波長と有機溶媒の種類に依存することを利用し、励起波長を変化させることで様々な色での発光を実現した(図1c)。興味深いことに、ナノグラフェンが凝集することで発光強度が増強するという凝集誘起発光増幅が起こることを突き止めた。この性質を利用することで、凝集状態でも発光性能の低下を抑えられることが期待される。実際に、ナノグラフェンをポリマー樹脂であるポリフッ化ビニリデン(PVDF)*4に分散させたところ、発光性能の低下を抑えつつ紫色に発光するフィルムの実现に成功した(図1诲)。
図1.(a)ナノグラフェンの模式図 (b)ナノグラフェンの蛍光スペクトル。写真はジクロロメタン中で360nmの励起光の照射により紫色を示すナノグラフェン (c)励起光の制御により、様々な色で発光するナノグラフェン (d)紫色を示すPVDFフィルム中に分散させたナノグラフェン
今后の展望
今回の研究を応用することで、様々な中间色の発光を再现可能な炭素材料の开発に大きな弾みがつくことが期待できる。
论文情报
- 论文题目
Intermediate Color Emission via Nanographenes with Organic Fluorophores - 着者名
Saki Arimura1, Ikuya Matsumoto1, Ryo Sekiya1,*, and Takeharu Haino1,2,*
1.&苍产蝉辫;&苍产蝉辫;広岛大学大学院先进理工系科学研究科(化学プログラム)
2. 広島大学 WPI SKCM2
＊责任着者 - 掲载誌
Angewandte Chemie International Edition - 掲载日
論文の掲载日：2024年1月23日(公開は2024年1月8日) - DOI
用语解説
＊1 ナノグラフェン：直径20苍尘程度のグラフェンのフラグメントであり、炭素原子とエッジ部分の含酸素官能基からなる
＊2 凝集诱起発光増幅：分子が凝集することで分子运动が抑制され、その结果発光强度が増加する现象
＊3 トップダウン法：黒铅やカーボンナノチューブなどを、例えば酸化分解することでナノグラフェンを得る方法
＊4 ポリフッ化ビニリデン(笔痴顿贵)：フッ素系の热可塑性ポリマー树脂の一つ
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