粘土鉱物をベースに作る光機能性材料　〜強発光材料や人工光合成に向けて〜

Shinsuke Takagi 高木　慎介

公開日時

2025/03/06 - PM21:50

更新日時

2025/03/06 - PM21:59

スライド概要

化学反応場を二次元に規定しうる粘土鉱物を取り上げ，その効果について，色素分子の分子内過程における効果，分子間過程における効果について概観する。分子内過程における効果の例として，発光増強現象が挙げられる。分子はすべからく三次元の構造を有しているが，その分子が層状化合物上に吸着すると，その立体的特性のため，分子の平面化，かつ，分子構造の固定化が起きやすく, 弱発光性分子が強発光性となる。

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粘土鉱物をベースに作る光機能性材料〜強発光材料や人工光合成に向けて〜東京都立大学都市環境科学研究科環境応用化学域高木慎介 (takagi-shinsuke@tmu.ac.jp) 諸言粘土鉱物とは AFM image 他のホスト材料にはない特徴を提供 • 表面負電荷 • 化学合成粘土鉱物 (スメクトンSA(クニミネ工業)) • 原子レベルで平滑な表面 • 透明性（膜、水溶液） 2- O Si4+ or Al3+ Mg2+ ⊖ 有機無機複合体を容易な試料調製で得られる ⊖ (Na0.33) 0.33+ [(Si3.67Al0.33)Mg3O10(OH)2] 0.33− 粘土鉱物-色素複合体表面固定誘起「発光増強」色素の配列現象 Size-matching effect S-FIE (Surface-Fixation Induced Emission) • • 粘土鉱物上 •  f = 0.42 • 水中  f = 0.077 Langmuir (Invited Feature Article), 2013, 29, 2108. 無輻射失活の抑制放射失活の加速色調変化環境応答性 J. Phys. Chem. C 2013, 117, 2774. 光機能性材料の開発更なる応用展開吸収スペクトル変化人工光合成システムへの展開 Energy Visible Light Transfer Reaction Photochemical Oxygenation Reation 自然：蛋白質（一次元→三次元） ↓ ナノシート（二次元） ACS Omega 2018, 3, 18563. 光捕集分子 20 15 between clay "Surface-Fixation Induced Emission” (S-FIE) φf = 0.10 on clay 10 Methylpyridinium Triphenylmethane Stilbazolium Phenanthridine + TPB Pyrene N N N in water 5 λEX = 450 nm NH N N HN N + φf = 0.01 + N N N + HRP Absorption Spectra CH3 O H O Wavelength / nm Time-course N Porphyrin Subporphyrin Others Substrate Absorption Spectra H3C H3C Langmuir 2020, 36, 29, 8384. HRP-SSA Absorbance at 470 nm Absorbance intensity / a.u. Fluorescence intensity Fluorescence 25 Absorbance at 470 nm Absorbance 発光スペクトル変化 φf = 0.19 粘土ナノシート酵素機能の改変 Langmuir 2002, 18, 2265. Wavelength / nm 光触媒分子 : tert-BuOOH Tetraguaiacol H3C CH3 H3C O H O 300 min HRP 6.0×10-4 nmol / min × 250 HRP-Clay Wavelength / nm Time-course 1.5×10-1 nmol / min tert-BuOOH HRP HRP-Clay Time / min Time / min 0 650 750 Wavelength/ /nm nm Wavelength 850 J. Phys. Chem. C 2014, 118, 20466 生命の起源探究粘土鉱物の負電荷を有機分子で制御する環境応答性材料 Si4+ Si Al Si Al3+ δSi 有機鋳型分子 Si4+ Al3+ Si4+ 粘土前駆体負電荷位置=情報 Al3+ • より精密に分子を配列できる • 従来複合化困難な分子を使用できる有機分子原料負電荷配列制御粘土 Langmuir [Letter], 2010, 26, 4639. 有機－無機情報伝達サイクル粘土前駆体 Langmuir 2018, 34, 3572. まとめ粘土鉱物の表面平滑性と出会うと、分子やタンパク質は、大きく変身する！