動的エキシトンの学理構築と機能開拓

電子への動的効果を分子設計に取り入れ、
新しい分子科学・機能材料化学を切り開く

領域について

光化学は、エレクトロニクス、エネルギー、医薬・医療、機能性材料など現代社会において多様な貢献を期待されています。その根幹を司るドナー・アクセプター(D•A)相互作用では、今まで電荷移動(CT)を、クーロン相互作用による「静的エキシトン(クーロン力によって束縛された電子と正孔の対の状態及びその概念、と定義)」として捉えてきました。しかし、D•A系ではそれ以外にも、核や格子の運動、スピンと軌道の相互作用などが動的効果として時間発展的に働くために、従来の捉え方では破綻をきたしています。例えば近年、有機太陽電池(OPV)の発展が目覚ましいですが、この光電流生成の仕組みを静的な枠組みで理解するには限界があり、高効率OPV実現の足かせになっています。さらに、光反応初期におけるこの動的効果を正しく理解するための、精密計測や理論体系は未開拓です。従って人類がD•A相互作用を自在に操るにはほど遠い状況にあり、OPV、有機発光素子(OLED)の高性能化のみならず、光を使った医薬・医療、有機材料の新規機能実現の深刻なボトルネックになっています。 本領域では、動的エキシトン効果を利用する精緻な分子設計と、本研究メンバーが独自に構築してきた、世界を先導する高分解能計測・理論的精密解析による分野融合により、上記課題解決を目指します。また光励起CTにおけるスピン状態を含めた、電子状態間の変換による多様な光機能開拓を、動的相互作用の深い理解に基づく、分子構造と運動性の巧妙な時空間制御の実現を目指します。

領域代表 今堀博(京都大学大学院工学研究科・教授)
研究期間 令和2~6年度
領域番号 20A201

領域図

計画班

A01班

動的エキシトン創成
課題名:架橋構造を利用した動的エキシトン相互作用の学理構築
代表者(A01班長):今堀  博(京都大学大学院工学研究科・教授)
分担者:梅山 有和(京都大学大学院工学研究科・准教授)
http://www.moleng.kyoto-u.ac.jp/~moleng_05/
課題名:動的エキシトン制御を志向した有機ドナー・アクセプター材料創成
代表者:山田 容子(奈良先端科学技術大学院大学先端科学技術研究科・教授)
分担者:松尾 恭平(奈良先端科学技術大学院大学先端科学技術研究科・助教)
https://mswebs.naist.jp/LABs/env_photo_greenmat/
課題名:動的エキシトン制御を志向した有機無機ドナー・アクセプター材料創成
代表者: 作田 絵里(長崎大学大学院工学研究科・准教授)
http://www.cms.nagasaki-u.ac.jp/lab/sakutai/

A02班

動的エキシトン解析
課題名:電子スピン分極の空間映像化による光誘起動的エキシトン相互作用の解析
代表者(A02班長):小堀 康博(神戸大学分子フォトサイエンス研究センター・教授)
http://www2.kobe-u.ac.jp/~ykobori/frame.html
課題名:マイクロ波過渡分光法による動的エキシトンのナノ空間評価
代表者:佐伯 昭紀(大阪大学大学院工学研究科・教授)
http://www.chem.eng.osaka-u.ac.jp/~saeki/cmpc/
課題名:固体NMRによる動的エキシトン構造体の時空間解析
代表者:鈴木 克明(京都大学化学研究所・助教)
http://molmat.kuicr.kyoto-u.ac.jp/
課題名:広帯域時間分解分光による動的エキシトン時間発展の追跡
代表者:山方  啓(豊田工業大学大学院工学研究科・准教授)
協力者:加藤 康作(豊田工業大学大学院工学研究科・博士研究員)
https://www.toyota-ti.ac.jp/Lab/Zairyo/QIL-Website/yamakata.htm
課題名:動的エキシトンの理論
代表者:東 雅大(京都大学大学院工学研究科・准教授)
協力者:中農 浩史(京都大学大学院工学研究科・助教)
http://www.riron.moleng.kyoto-u.ac.jp/

A03班

動的エキシトン機能
課題名:動的エキシトン解析に基づく材料設計とその応用
代表者(A03班長):梶  弘典(京都大学化学研究所・教授)
http://molmat.kuicr.kyoto-u.ac.jp/
課題名:動的エキシトン利用を志向した機能性有機半導体材料開発と太陽電池応用
代表者:家  裕隆(大阪大学産業科学研究所・教授)
分担者:東野智洋(京都大学大学院工学研究科・助教)
https://www.sanken.osaka-u.ac.jp/labs/omm/
課題名:動的エキシトンを利用した細胞膜機能の光制御
代表者:村上 達也(富山県立大学大学院工学研究科・教授)
分担者:沼田 朋大(福岡大学医学部・講師)
https://www.pu-toyama.ac.jp/BR/murakami/
課題名:動的エキシトン光増感分子触媒によるアルカンのsp3C-H結合変換反応の開発
代表者:三ツ沼 治信(東京大学大学院薬学系研究科・特任助教)
http://www.f.u-tokyo.ac.jp/~kanai/

キックオフシンポジウム開催

【領域説明会】
2021年1月12日(火) AM10-11, Zoomオンライン
(公募説明会を、領域研究説明会に変更して実施します)

【キックオフ領域会議】
2021年1月12日(火) 13PM-18PM, 現地・Zoomオンライン併用
現地:京都大学桂キャンパス ローム記念館

「新型コロナウイルス感染拡大予防対策のお願い」

1) 会場の都合上、京大桂ローム記念館の定員が150人となっております。お申し込みが定員を超えた場合には来場をお断りし、Zoomでの参加をお願いする場合があります。

2) 会場にお越しいただく場合、感染拡大に備え、参加者リストをローム記念館事務室に提出する必要がございます。参加申し込みに記載されたお名前、ご所属、メールアドレスを提出することをご了承ください。リストは会議1ヶ月後に、破棄されます。

3) 入り口での検温、手指のアルコール消毒、席を空けての着席、マスク着用、大声での会話の禁止など、感染防止にご協力ください。

チラシはこちら(PDF)

第1回動的エキシトン若手セミナー

2021年1月27日(水)15:00~17:00 オンライン開催
聴講を希望する方はこちらよりお申込みください。https://forms.gle/JapJ6FtnVmFz52vk6

講演1 15:00~15:50
講演者:東野 智洋(京都大学 大学院工学研究科 助教)
題目:「ポルフィリン色素の精密設計による分子構造と色素増感太陽電池性能の相関解明」
要旨:色素増感太陽電池における光電変換特性の発現には有機色素が主な役割を果たしており、ポルフィリンの周辺部にドナー及びアクセプターを導入したPush-Pull型ポルフィリン色素で高いエネルギー変換効率が達成されてきた。一方で我々は最近、ポルフィリンの設計多様性を活用し、これまでにない置換基導入や共役系拡張を鍵とした独自の分子設計を開拓することで、ポルフィリン色素の分子構造と色素増感太陽電池性能の相関解明を進め、太陽電池セル耐久性・太陽電池性能の向上を実現しただけでなく、可視・近赤外光を利用できるポルフィリン色素の設計・合成法を確立してきたので、その詳細について発表する。

講演2 16:00~16:50
講演者:鈴木 克明(京都大学 化学研究所 助教)
題目:「固体NMRを用いた機能性材料の構造解析、動的エキシトン材料の構造解析に向けて」
要旨:固体NMRは、幅広い固体材料に対し、原子レベルでの分解能で構造・運動情報を得ることが可能です。本若手セミナーでは、これまで我々が取り組んできた、固体NMRによる機能性材料の構造解析、薄膜の分子配向解析について紹介するとともに、現在取り組んでいる動的エキシトン構造体の解析についても紹介をする予定です。本セミナーが今後の研究内容の発展や共同研究の足掛かりとなれば幸いです。

公募について

公募については後日、以下のサイト等にてご確認ください。
【文部科学省 科学研究費助成事業 お知らせ(更新情報)】
https://www.mext.go.jp/a_menu/shinkou/hojyo/main5_a5.htm
【日本学術振興会 お知らせ】
https://www.jsps.go.jp/j-grantsinaid/06_jsps_info/g_201119/index.html
【日本学術振興会 新学術領域研究(研究領域提案型)】
https://www.jsps.go.jp/j-grantsinaid/34_new_scientific/

お問合せ先

代 表:今堀博 imahori[at]scl.kyoto-u.ac.jp

事務局:山田容子 hyamada[at]ms.naist.jp     
〒630-0192 奈良県生駒市高山町8916-5
奈良先端科学技術大学院大学 先端科学技術研究科 物質創成科学領域

広 報:佐伯昭紀 saeki[at]chem.eng.osaka-u.ac.jp

[at]は@に変更してください