千葉大,青色光エネルギーを効率的に渡す配位子

千葉大学の研究グループは,青色の可視光を効率的に吸収して付近の金属にそのエネルギーを受け渡す,可視光活性型配位子の開発に成功した(ニュースリリース)。

近年,LEDや光触媒の発展に伴い,化学反応の開発では「可視光」の持つ⼤きなエネルギーを化学反応のエネルギーに転⽤しようという試みが広く⾏なわれている。特に,⻘⾊光は紫外光に⽐べて装置⾯でも取り扱いが容易であることや,⻘⾊光のもつエネルギーが分⼦変換のエネルギーに適していることから,光反応によく⽤いられている。

しかし,近年報告され始めたパラジウムに「可視光」を照射する反応で⽤いられている「配位⼦」は従来の「熱」をエネルギー源とする⽅法で開発されたものばかりであり,光による反応のためにデザインされた配位⼦はほとんどなかった。そこで研究グループは,可視光のエネルギーを効率的にパラジウムに受け渡す,新たな配位⼦のデザインおよび合成を⾏なった。

研究グループは,実際の合成に先⽴ち,配位⼦のデザインや,可視光を吸収した後の分⼦の動き,どのような化学反応を可能とするかなどを(TD-)DFT計算によってコンピュータシミュレーションを⾏なうことで分⼦や反応のデザインを⾏なった。

計算の結果,ジフェニルアントラセンと呼ばれる可視光を吸収するユニット及びホスフィンを組み合わせた配位⼦が,効率的に可視光のエネルギーをパラジウムに受け渡すと予測された。

コンピュータシミュレーションによってデザインした分⼦を実際に合成し,パラジウムと結合させて可視光を照射した結果,配位⼦の光の吸収波⻑や,パラジウムとの錯体を形成させた後の物性は計算値と良い一致を⽰した。また,計算による予測通り,効率的にエネルギーが受け渡されていることが明らかとなった。

そこで,合成した配位⼦を⽤いて,様々な分⼦変換を試みた。その結果,様々な分⼦と分⼦を結合させることに成功した。これらの反応は,従来の「熱」をエネルギー源とするパラジウムの反応とは全く異なるメカニズムで進⾏しており,「光」をエネルギー源とすることで「熱」エネルギーでは困難な分⼦変換に成功した。

さらに,この配位⼦は従来⽤いられている配位⼦よりも効率的に可視光のエネルギーを反応エネルギーへと応⽤することが可能であるということも明らかにした。

光エネルギーを効率的に⽤いる事ができることを⽰したこの研究は,SDGsの観点からも更なる発展が期待できるという。また,コンピュータシミュレーションをふんだんに⽤いることで無駄の少ない効率的な配位⼦や反応の開発に成功した。

研究グループは,開発した配位⼦や同様のアイデアから⽣まれる配位⼦が,世界中ので広く⽤いられることを期待するとしている。

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