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Bulletin of Japan Society of Coordination Chemistry最新文献

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Coordination Chemistry in the Structural and Functional Exploration of Actinide-Based Metal-Organic Frameworks 配位化学在锕系金属-有机骨架结构和功能探索中的应用
Pub Date : 2020-05-31 DOI: 10.4019/bjscc.75.3
O. Farha, Xuan Zhang, Julia G. Knapp, Sylvia L. Hanna, Zhijie Chen, Peng Li
bonds between ion/cluster-based nodes and organic linkers. As compared to transition The coordination chemistry between inorganic and organic species can be optimally exemplified by metal–organic frameworks (MOFs), whose structures and functionalities can be rationally designed from these highly tunable building blocks. The high porosity, stability, and versatile functionalities of MOFs have attracted wide-spread attention from energy-related research and pollution remediation to biomedical applications. A unique and underexplored subset of these materials are MOFs based on actinide nodes; these MOFs have distinguished themselves as a unique platform for investigating the versatile oxidation states, reactivity, and coordination chemistry of actinides. Herein, we will focus on the rational design and synthesis of actinide-based MOFs under the general guidelines of coordination chemistry for their structural and functional explorations. The dimensionality, topology, and structures of actinide-based MOFs can be controlled by selecting pre-designed building blocks of actinide-based nodes and organic linkers with certain desired coordination geometries and functionalities. These unique actinide-based MOFs have shown promise for applications in nuclear waste mitigation, pollution control, and catalysis.
离子/簇基节点和有机连接物之间的键。金属-有机框架(MOFs)是无机和有机物质之间配位化学的最佳范例,其结构和功能可以由这些高度可调的构建块合理设计。mof具有高孔隙率、高稳定性和多功能等特点,在能源研究、污染修复、生物医学等领域得到了广泛关注。这些材料中一个独特且未被充分开发的子集是基于锕系元素节点的mof;这些mof已经成为研究锕系元素的多种氧化态、反应性和配位化学的独特平台。在此,我们将在配位化学的一般指导下,对基于锕系元素的mof进行结构和功能的探索。通过选择预先设计的基于锕系元素的节点和具有特定协调几何形状和功能的有机连接体的构建块,可以控制基于锕系元素的mof的维度、拓扑和结构。这些独特的基于锕系元素的mof在核废料减缓、污染控制和催化方面显示出了应用前景。
{"title":"Coordination Chemistry in the Structural and Functional Exploration of Actinide-Based Metal-Organic Frameworks","authors":"O. Farha, Xuan Zhang, Julia G. Knapp, Sylvia L. Hanna, Zhijie Chen, Peng Li","doi":"10.4019/bjscc.75.3","DOIUrl":"https://doi.org/10.4019/bjscc.75.3","url":null,"abstract":"bonds between ion/cluster-based nodes and organic linkers. As compared to transition The coordination chemistry between inorganic and organic species can be optimally exemplified by metal–organic frameworks (MOFs), whose structures and functionalities can be rationally designed from these highly tunable building blocks. The high porosity, stability, and versatile functionalities of MOFs have attracted wide-spread attention from energy-related research and pollution remediation to biomedical applications. A unique and underexplored subset of these materials are MOFs based on actinide nodes; these MOFs have distinguished themselves as a unique platform for investigating the versatile oxidation states, reactivity, and coordination chemistry of actinides. Herein, we will focus on the rational design and synthesis of actinide-based MOFs under the general guidelines of coordination chemistry for their structural and functional explorations. The dimensionality, topology, and structures of actinide-based MOFs can be controlled by selecting pre-designed building blocks of actinide-based nodes and organic linkers with certain desired coordination geometries and functionalities. These unique actinide-based MOFs have shown promise for applications in nuclear waste mitigation, pollution control, and catalysis.","PeriodicalId":72479,"journal":{"name":"Bulletin of Japan Society of Coordination Chemistry","volume":"1 1","pages":""},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2020-05-31","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"70515089","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
引用次数: 1
Chemistry of Pincer Complexes Possessing X-type Boron Ligand 含X型硼配体的Pincer配合物的化学性质
Pub Date : 2019-11-30 DOI: 10.4019/bjscc.74.29
Shogo Morisako, M. Yamashita
金属に対して複数の原子が配位する多座配位子の中 でも,meridional型三座配位子であるピンサー型配位子 は,無機化学や有機金属化学,触媒化学において遍在す る。ピンサー型配位子の歴史は,Shawらによるリン配 位子側鎖を有するベンゼンまたはアルカン誘導体と遷移 金属の錯形成で生じる “PCP型 ”三座配位子の報告から 始まった 。以降,ピンサー型配位子の化学は大きく 発展し,触媒的分子変換反応,機能性分子の合成,およ び超分子化学において広く用いられている 。広範な ドナー原子が遷移金属へ配位できるため,多様なピンサ ー型配位子が利用可能である。特に中性またはモノアニ オン性ピンサー型配位子 (Fig. 1)は,触媒反応および種々 の化学結合の切断において活発に研究されている。PXP ピンサー錯体の研究に関する最たる成功例として,以 下の三つが挙げられる。(a)水素受容体存在下 /非存在 下で PCPピンサー Ir錯体を用いるアルカンの触媒的脱 水素化反応 ,(b) PNNまたは PNPピンサー Ru錯体 の芳香族化-脱芳香族化に基づく金属-配位子協働作用 を利用した触媒反応 ,(c) 低配位型ピンサー錯体に 対する H–H,C–H,O–H,および N–Hなどの結合切断 ,である。 Fig. 1 Schematic representation of the tridentate pincer complex architecture.
在多个原子相对于金属配位的多座配位体中,meridional型三座配位体的销型配位体在无机化学、有机金属化学、催化化学中普遍存在。引脚型配体的历史是从Shaw等人的磷配体侧链的苯或烷烃衍生物与过渡金属的络合形成产生的“PCP型”三座配体的报告开始的。以后,销型配体的化学有了很大的发展,在催化性分子变换反应、功能性分子的合成、以及超分子化学中被广泛使用。由于广泛的供体原子可以配位到过渡金属上,所以可以利用多种针脚型配体。特别是中性或单阴离子性引脚型配体(Fig.1),在催化反应及各种化学键的切断中被活跃地研究。关于PXP引脚配合物的研究,最成功的例子有以下三个。(a)在氢受体存在下/不存在下使用PCP引脚Ir络合物的烷烃的催化脱氢反应,(b)利用基于PNN或PNP引脚Ru络合物的芳香族化-脱芳香族化的金属-配体协同作用的催化反应,(c)对低配位型引脚络合物的H-H、C-H、O-H、以及N-H等的结合切断。Fig.1 Schematic representation of the tridentate pincer complex architecture。
{"title":"Chemistry of Pincer Complexes Possessing X-type Boron Ligand","authors":"Shogo Morisako, M. Yamashita","doi":"10.4019/bjscc.74.29","DOIUrl":"https://doi.org/10.4019/bjscc.74.29","url":null,"abstract":"金属に対して複数の原子が配位する多座配位子の中 でも,meridional型三座配位子であるピンサー型配位子 は,無機化学や有機金属化学,触媒化学において遍在す る。ピンサー型配位子の歴史は,Shawらによるリン配 位子側鎖を有するベンゼンまたはアルカン誘導体と遷移 金属の錯形成で生じる “PCP型 ”三座配位子の報告から 始まった 。以降,ピンサー型配位子の化学は大きく 発展し,触媒的分子変換反応,機能性分子の合成,およ び超分子化学において広く用いられている 。広範な ドナー原子が遷移金属へ配位できるため,多様なピンサ ー型配位子が利用可能である。特に中性またはモノアニ オン性ピンサー型配位子 (Fig. 1)は,触媒反応および種々 の化学結合の切断において活発に研究されている。PXP ピンサー錯体の研究に関する最たる成功例として,以 下の三つが挙げられる。(a)水素受容体存在下 /非存在 下で PCPピンサー Ir錯体を用いるアルカンの触媒的脱 水素化反応 ,(b) PNNまたは PNPピンサー Ru錯体 の芳香族化-脱芳香族化に基づく金属-配位子協働作用 を利用した触媒反応 ,(c) 低配位型ピンサー錯体に 対する H–H,C–H,O–H,および N–Hなどの結合切断 ,である。 Fig. 1 Schematic representation of the tridentate pincer complex architecture.","PeriodicalId":72479,"journal":{"name":"Bulletin of Japan Society of Coordination Chemistry","volume":" ","pages":""},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2019-11-30","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"46026433","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
引用次数: 1
Development of Coordination Nanomaterials Situated in Dimensional Crossover Region 空间交叉区域配位纳米材料的研究进展
Pub Date : 2019-11-30 DOI: 10.4019/bjscc.74.19
K. Otsubo
多孔性材料は内部に無数の細孔を有し,細孔内に分子 を取り込み吸着する性質を持つことで注目され,これま で基礎研究から応用研究に至る幅広い分野において盛ん に研究が行われてきた。一般に多孔性物質は,内細孔 の大きさに応じて,マクロ孔 (> 50 nm),メソ孔 (2 ~ 50 nm),およびミクロ孔 (< 2 nm)に分類される。これらの 中でミクロ孔は,小分子のサイズに近いことから様々な 分子の吸着・分離材料への応用が期待され,ミクロ孔 を有する活性炭やゼオライトは古くから研究が行われ ている。1990年代の後半から,活性炭やゼオライトに 次ぐ新しい多孔性材料として,多孔性配位高分子 (PCP: Porous Coordination Polymer)もしくは金属-有機構造体 (MOF: Metal–Organic Framework)と呼ばれる多孔性の金 属錯体が注目され,近年非常に大きな研究領域を形成し ている 。金属イオンと有機配位子からボトムアップ 法により生成するこれらの材料は,従来の多孔性材料に 比べて高い空隙率や結晶性を有していることや,設計性 や物質群としての多様性にも優れていることから,細孔 のサイズ,三次元的な形状,性質だけでなく安定性など も,構成要素となる金属イオンや有機分子を組み換える ことによってコントロールすることができるということ が大きな特徴である。 我々はこれまでに「金属錯体の次元性の拡張」の観点 から,一次元混合原子価金属錯体 (MX-chain)を基盤と した梯子 (Ladder)型混合原子価錯体や結晶配向性MOF ナノ薄膜等,一次元 /二次元 /三次元電子系の境界領域 に位置する多彩な配位化合物の開発と物性探索を行って きた。本稿では,金属錯体をパーツとして用いることに よって生成したこれらの配位性ナノ材料について,その 構築や一次元鎖の本数に強く依存した特異な電子状態の 発現,金属基板上におけるMOF薄膜の配向成長,そし て薄膜化によるゲスト分子吸着能の発現等の特徴的な物 性について紹介する。
多孔性材料因其内部具有无数的细孔,细孔内具有吸收和吸附分子的性质而备受关注,迄今为止,在从基础研究到应用研究的广泛领域开展了大量研究。一般来说,多孔性物质根据内细孔的大小可分为宏孔(> 50nm)、墨索孔(2 ~ 50nm)以及微孔(< 2nm)。其中,微孔由于与小分子的尺寸相近,所以有望应用于各种分子的吸附、分离材料,对具有微孔的活性炭和沸石的研究由来已久。从20世纪90年代后半期开始,多孔性配位高分子(PCP, Porous Coordination Polymer)或金属-有机结构体(MOF)成为继活性炭和纤维素之后的新的多孔性材料。被称为Metal - Organic Framework的多孔性金属络合物备受关注,近年来形成了非常大的研究领域。通过自下而上法从金属离子和有机配体中生成的这些材料,与传统的多孔性材料相比,具有较高的孔隙率和结晶性,设计性和物质群的多样性也很突出,因此具有细孔的尺寸、三维形状、性质以及稳定性等都可以通过作为构成要素的金属离子和有机分子的重组来控制。迄今为止,我们从“金属络合物的维度性扩展”的观点出发,研究了以一次元混合原子价金属络合物(MX-chain)为基础的梯级(Ladder)型混合原子价络合物和结晶定向性MOF纳米薄膜等一维进行了位于二维/三维电子系统边界区域的多种配位化合物的开发和物性探索。本文将介绍通过将金属配合物作为零件使用而生成的这些配位性纳米材料,其构建以及高度依赖于一维链支数的特异电子状态的表现、MOF薄膜在金属底板上的定向生长、阻止介绍由于手薄膜化的客分子吸附能的表现等的特征性物性。
{"title":"Development of Coordination Nanomaterials Situated in Dimensional Crossover Region","authors":"K. Otsubo","doi":"10.4019/bjscc.74.19","DOIUrl":"https://doi.org/10.4019/bjscc.74.19","url":null,"abstract":"多孔性材料は内部に無数の細孔を有し,細孔内に分子 を取り込み吸着する性質を持つことで注目され,これま で基礎研究から応用研究に至る幅広い分野において盛ん に研究が行われてきた。一般に多孔性物質は,内細孔 の大きさに応じて,マクロ孔 (> 50 nm),メソ孔 (2 ~ 50 nm),およびミクロ孔 (< 2 nm)に分類される。これらの 中でミクロ孔は,小分子のサイズに近いことから様々な 分子の吸着・分離材料への応用が期待され,ミクロ孔 を有する活性炭やゼオライトは古くから研究が行われ ている。1990年代の後半から,活性炭やゼオライトに 次ぐ新しい多孔性材料として,多孔性配位高分子 (PCP: Porous Coordination Polymer)もしくは金属-有機構造体 (MOF: Metal–Organic Framework)と呼ばれる多孔性の金 属錯体が注目され,近年非常に大きな研究領域を形成し ている 。金属イオンと有機配位子からボトムアップ 法により生成するこれらの材料は,従来の多孔性材料に 比べて高い空隙率や結晶性を有していることや,設計性 や物質群としての多様性にも優れていることから,細孔 のサイズ,三次元的な形状,性質だけでなく安定性など も,構成要素となる金属イオンや有機分子を組み換える ことによってコントロールすることができるということ が大きな特徴である。 我々はこれまでに「金属錯体の次元性の拡張」の観点 から,一次元混合原子価金属錯体 (MX-chain)を基盤と した梯子 (Ladder)型混合原子価錯体や結晶配向性MOF ナノ薄膜等,一次元 /二次元 /三次元電子系の境界領域 に位置する多彩な配位化合物の開発と物性探索を行って きた。本稿では,金属錯体をパーツとして用いることに よって生成したこれらの配位性ナノ材料について,その 構築や一次元鎖の本数に強く依存した特異な電子状態の 発現,金属基板上におけるMOF薄膜の配向成長,そし て薄膜化によるゲスト分子吸着能の発現等の特徴的な物 性について紹介する。","PeriodicalId":72479,"journal":{"name":"Bulletin of Japan Society of Coordination Chemistry","volume":" ","pages":""},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2019-11-30","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"46213063","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
引用次数: 0
Supraspace Chemistry: Molecular Array, Reactions, In-situ Observation 超空间化学:分子阵列,反应,原位观察
Pub Date : 2019-11-30 DOI: 10.4019/bjscc.74.3
M. Shionoya
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引用次数: 0
New Photon Upconversion Routes based on Coordination Compounds 基于配位化合物的新型光子上转换途径
Pub Date : 2019-05-31 DOI: 10.4019/BJSCC.73.24
N. Yanai
フォトン・アップコンバージョン (UC)とは長波長光を 短波長光に,すなわち低エネルギー光を高エネルギー光 に変換する現象である。UCの応用範囲は太陽電池や光 触媒などのエネルギー産出デバイスからバイオイメージ ング,ドラッグデリバリーなどのバイオテクノロジーま で幅広い。UCの機構として2光子吸収や第2次高調波 発生は古くから研究されているが,これらは太陽光に比 べて桁違いに強い励起光を必要とする。希土類ナノ粒子 を用いた UC系のバイオイメージングへの応用が検討さ れているが,有意な変換効率を出すには数 W/cm以上の 強い励起光が必要である。一方,1960年代初頭に見いだ された三重項―三重項消滅 (triplet-triplet annihilation, TTA) という現象を利用し,2000年代初頭に TTAに基づくア ップコンバージョン (TTA-UC)が提案された 。TTA-UC は太陽光レベルの弱い励起光を利用可能であり,またそ の変換効率が高いことから近年注目を集めている 。 TTA-UCのメカニズムを Fig. 1に示す。まずドナーが 光を吸収し,励起一重項状態 (S1)からの系間交差 (ISC) により励起三重項状態 (T1)を与える。その後,ドナー からアクセプターへの三重項エネルギー移動 (TTET)に より,アクセプターの三重項励起状態 (T1)が生成する。 この三重項励起状態にある2分子のアクセプターが拡 散・衝突して TTAを起こすことにより,元の励起光エ ネルギーより高いエネルギーレベルの励起一重項が生成 し,アップコンバージョン発光を発する。ここで三重項 励起エネルギー移動の各過程 (TTET,TTA)は電子交換 (Dexter)機構により進むため,分子は約 1 nm以下の距 離に接近する必要がある。
光子上变频(UC)是指将长波长光转换成短波长光,即将低能光转换成高能光的现象。UC的应用范围广泛,从太阳能电池、光触媒等能源生产设备到生物成像、药物递送等生物技术。作为UC的机制,双光子吸收和第二次谐波发生很早以前就被研究过,但这些需要比太阳光强数量级的激发光。目前正在研究应用于使用稀土类纳米粒子的UC系统的生物成像,但要取得显著的转换效率,需要数W/cm以上的强激发光。另一方面,20世纪60年代初发现的三重项—三重项消失(triplet-triplet annihilation,TTA)现象,21世纪初提出了基于TTA的应用转化(TTA- uc)。塔特- uc可使用太阳光级弱激发光,而且转换效率高,近年来备受关注。TTA-UC的机制在Fig. 1中示出。首先施主吸收光,通过从激发多重项状态(S1)开始的系统间交叉(ISC)给予激发三重项状态(T1)。然后,通过施主向接受者的三重项能量转移(TTET),生成接受者的三重项激发态(T1)。处于三重项激发态的两个分子的接入点通过扩张、碰撞引起TTA,生成比原激发光能量更高能级的激发单项光,发出上变频发光。由于三重项激发能量转移的各个过程(TTET,TTA)通过电子交换(Dexter)机制进行,因此分子必须接近约1nm以下的距离。
{"title":"New Photon Upconversion Routes based on Coordination Compounds","authors":"N. Yanai","doi":"10.4019/BJSCC.73.24","DOIUrl":"https://doi.org/10.4019/BJSCC.73.24","url":null,"abstract":"フォトン・アップコンバージョン (UC)とは長波長光を 短波長光に,すなわち低エネルギー光を高エネルギー光 に変換する現象である。UCの応用範囲は太陽電池や光 触媒などのエネルギー産出デバイスからバイオイメージ ング,ドラッグデリバリーなどのバイオテクノロジーま で幅広い。UCの機構として2光子吸収や第2次高調波 発生は古くから研究されているが,これらは太陽光に比 べて桁違いに強い励起光を必要とする。希土類ナノ粒子 を用いた UC系のバイオイメージングへの応用が検討さ れているが,有意な変換効率を出すには数 W/cm以上の 強い励起光が必要である。一方,1960年代初頭に見いだ された三重項―三重項消滅 (triplet-triplet annihilation, TTA) という現象を利用し,2000年代初頭に TTAに基づくア ップコンバージョン (TTA-UC)が提案された 。TTA-UC は太陽光レベルの弱い励起光を利用可能であり,またそ の変換効率が高いことから近年注目を集めている 。 TTA-UCのメカニズムを Fig. 1に示す。まずドナーが 光を吸収し,励起一重項状態 (S1)からの系間交差 (ISC) により励起三重項状態 (T1)を与える。その後,ドナー からアクセプターへの三重項エネルギー移動 (TTET)に より,アクセプターの三重項励起状態 (T1)が生成する。 この三重項励起状態にある2分子のアクセプターが拡 散・衝突して TTAを起こすことにより,元の励起光エ ネルギーより高いエネルギーレベルの励起一重項が生成 し,アップコンバージョン発光を発する。ここで三重項 励起エネルギー移動の各過程 (TTET,TTA)は電子交換 (Dexter)機構により進むため,分子は約 1 nm以下の距 離に接近する必要がある。","PeriodicalId":72479,"journal":{"name":"Bulletin of Japan Society of Coordination Chemistry","volume":" ","pages":""},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2019-05-31","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"https://sci-hub-pdf.com/10.4019/BJSCC.73.24","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"48339108","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
引用次数: 0
Soft Porous Crystals: Extraordinary Responses to Stimulation 软多孔晶体:对刺激的特殊反应
Pub Date : 2019-01-21 DOI: 10.4019/bjscc.73.15
Franccois-Xavier Coudert
Recent years have seen a large increase in the number of reported framework materials, including the nowadays-ubiquitous metal-organic frameworks (MOFs). Many of these materials show flexibility and stimuli-responsiveness, i.e. their structure can undergo changes of large amplitude in response to physical or chemical stimulation. We describe here a toolbox of theoretical approaches, developed in our group and others, to shed light into these materials' properties. We focus on their behavior under mechanical constraints, temperature changes, adsorption of guest molecules, and exposure to light. By means of molecular simulation at varying scale, we can now probe, rationalize and predict the behavior of stimuli-responsive materials, producing a coherent description of soft porous crystals from the unit cell scale all the way to the behavior of the whole crystal. In particular, we have studied the impact of defects in soft porous crystals, and developed a methodology for the study of their disordered phases (presence of correlated disorder, MOF glasses, and liquid MOFs).
近年来,框架材料的报道数量大幅增加,包括当今普遍存在的金属有机框架(MOFs)。这些材料中的许多表现出灵活性和刺激响应性,即它们的结构可以响应物理或化学刺激而发生大幅度的变化。我们在这里描述了我们小组和其他人开发的一套理论方法,以阐明这些材料的性质。我们关注它们在机械约束、温度变化、客体分子吸附和暴露于光下的行为。通过不同规模的分子模拟,我们现在可以探测、合理化和预测刺激响应材料的行为,从晶胞规模到整个晶体的行为,对软多孔晶体进行连贯的描述。特别是,我们研究了软多孔晶体中缺陷的影响,并开发了一种研究其无序相(相关无序、MOF玻璃和液体MOFs的存在)的方法。
{"title":"Soft Porous Crystals: Extraordinary Responses to Stimulation","authors":"Franccois-Xavier Coudert","doi":"10.4019/bjscc.73.15","DOIUrl":"https://doi.org/10.4019/bjscc.73.15","url":null,"abstract":"Recent years have seen a large increase in the number of reported framework materials, including the nowadays-ubiquitous metal-organic frameworks (MOFs). Many of these materials show flexibility and stimuli-responsiveness, i.e. their structure can undergo changes of large amplitude in response to physical or chemical stimulation. We describe here a toolbox of theoretical approaches, developed in our group and others, to shed light into these materials' properties. We focus on their behavior under mechanical constraints, temperature changes, adsorption of guest molecules, and exposure to light. By means of molecular simulation at varying scale, we can now probe, rationalize and predict the behavior of stimuli-responsive materials, producing a coherent description of soft porous crystals from the unit cell scale all the way to the behavior of the whole crystal. In particular, we have studied the impact of defects in soft porous crystals, and developed a methodology for the study of their disordered phases (presence of correlated disorder, MOF glasses, and liquid MOFs).","PeriodicalId":72479,"journal":{"name":"Bulletin of Japan Society of Coordination Chemistry","volume":"1 1","pages":""},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2019-01-21","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"https://sci-hub-pdf.com/10.4019/bjscc.73.15","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"42564011","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
引用次数: 2
Geometric and Electronic Structural Contributions to Fe/O2 Reactivity. 几何和电子结构对Fe/O2反应性的贡献。
Pub Date : 2019-01-01 Epub Date: 2019-05-31 DOI: 10.4019/bjscc.73.3
Edward I Solomon, Shyam R Iyer

While two classes of non-heme iron enzymes use ferric centers to activate singlet organic substrates for the spin forbidden reaction with 3O2, most classes use high spin ferrous sites to activate dioxygen. These FeII active sites do not exhibit intense absorption bands and have an integer spin ground state thus are mostly EPR inactive. We have developed new spectroscopic methodologies that provide geometric and electronic structural insight into the ferrous centers and their interactions with cosubstrates for dioxygen activation and into the nature of the intermediates generated in these reactions. First, we present our variable-temperature variable-field magnetic circular dichroism (VTVH MCD) methodology to experimentally define the geometric and electronic structure of the high spin ferrous active site. Then, we focus on using Nuclear Resonance Vibrational Spectroscopy (NRVS, performed at SPring-8) to define geometric structure and VTVH MCD to define the electronic structure of the FeIII-OOH and FeIV=O intermediates generated in O2 activation and the spin state dependence of their frontier molecular orbitals (FMOs) in controlling reactivity. Experimentally validated reaction coordinates are derived for the anticancer drug bleomycin in its cleavage of DNA and for an alpha- ketoglutarate dependent dioxygenase in its selective halogenation over the thermodynamically favored hydroxylation of substrate.

虽然两类非血红素铁酶使用铁中心激活单线态有机底物与3O2进行自旋禁止反应,但大多数类型使用高自旋铁位点激活二氧。这些FeII活性位点不表现出强烈的吸收带,具有整数自旋基态,因此大多数是非EPR活性位点。我们已经开发了新的光谱方法,提供了几何和电子结构洞察铁中心和它们的相互作用的辅底物的双氧活化和这些反应中产生的中间体的性质。首先,我们提出了一种变温变场磁圆二色性(VTVH MCD)方法来实验定义高自旋铁活性位点的几何和电子结构。然后,我们重点利用核共振振动谱(NRVS,在SPring-8进行)来定义O2活化产生的feii - ooh和FeIV=O中间体的几何结构和VTVH MCD来定义它们的电子结构,以及它们的前沿分子轨道(FMOs)在控制反应性中的自旋态依赖。实验验证的反应坐标为抗癌药物博来霉素的DNA切割和α -酮戊二酸依赖的双加氧酶的选择性卤化在热力学上有利的底物羟基化。
{"title":"Geometric and Electronic Structural Contributions to Fe/O<sub>2</sub> Reactivity.","authors":"Edward I Solomon,&nbsp;Shyam R Iyer","doi":"10.4019/bjscc.73.3","DOIUrl":"https://doi.org/10.4019/bjscc.73.3","url":null,"abstract":"<p><p>While two classes of non-heme iron enzymes use ferric centers to activate singlet organic substrates for the spin forbidden reaction with <sup>3</sup>O<sub>2</sub>, most classes use high spin ferrous sites to activate dioxygen. These Fe<sup>II</sup> active sites do not exhibit intense absorption bands and have an integer spin ground state thus are mostly EPR inactive. We have developed new spectroscopic methodologies that provide geometric and electronic structural insight into the ferrous centers and their interactions with cosubstrates for dioxygen activation and into the nature of the intermediates generated in these reactions. First, we present our variable-temperature variable-field magnetic circular dichroism (VTVH MCD) methodology to experimentally define the geometric and electronic structure of the high spin ferrous active site. Then, we focus on using Nuclear Resonance Vibrational Spectroscopy (NRVS, performed at SPring-8) to define geometric structure and VTVH MCD to define the electronic structure of the Fe<sup>III</sup>-OOH and Fe<sup>IV</sup>=O intermediates generated in O<sub>2</sub> activation and the spin state dependence of their frontier molecular orbitals (FMOs) in controlling reactivity. Experimentally validated reaction coordinates are derived for the anticancer drug bleomycin in its cleavage of DNA and for an alpha- ketoglutarate dependent dioxygenase in its selective halogenation over the thermodynamically favored hydroxylation of substrate.</p>","PeriodicalId":72479,"journal":{"name":"Bulletin of Japan Society of Coordination Chemistry","volume":"73 ","pages":"3-14"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2019-01-01","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"https://sci-hub-pdf.com/10.4019/bjscc.73.3","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"37921700","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"OA","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
引用次数: 3
Dynamic Structure-Conversion Programming of Metal Complexes in Response to External Stimuli: Chiral Sensing and Achiral Sensing 金属配合物响应外部刺激的动态结构转换规划:手性传感和非手性传感
Pub Date : 2018-11-30 DOI: 10.4019/BJSCC.72.38
H. Miyake
生体内の金属タンパク質は、生体分子の構造固定や、 高選択的な分子認識、さらには高い酵素活性など多彩な 機能発現を担っている。多くの場合、金属イオンは置換活 性な配位子交換特性を持ち、外部刺激に応答した構造変 換と特異な機能発現を示す。ヘモグロビンがよく知られた 例である。酸素分子がヘム鉄中心に配位すると鉄中心の 酸化状態が変化し、この状態変化が引き金となって、鉄イ オンのポルフィリン環中心への移動、ヒスチジン側鎖の移 動、と次々に構造情報が伝達していき、最終的には酸素 分子の取り込みに対してアロステリック効果を示す 。 生体分子中での構造情報の伝達は不斉環境下でなさ れるので、不斉構造を含む情報伝達も極めて重要であ る。人工系においては、不斉情報の伝達を活用した不斉 分子の絶対配置の決定と光学純度の定量を行う『キラリ ティーセンシング』や、外部刺激に応答してらせん などキラルな三次元構造の制御や変換を行う『らせんス イッチング』は、バイオ、ナノ、エコ、マテリアル をキーワードとする多くの化学者にとって重要な研究課 題となっている。不斉な金属錯体では、有機配位子内の キラリティーとともに、配位立体化学が形成する錯体キ ラリティーの解析と活用が重要である。例えば、コバル ト (III)イオンなど置換不活性な金属中心をもつ錯体で は、エチレンジアミンなど不斉点をもたない配位子から も Λ–体と Δ–体といった対掌体 (エナンチオマー )が単 離される。それらは沸騰水溶液中でさえ安定で、ラセミ 化せず取り扱いやすいが、亜鉛粉末を加えると置換活性 なコバルト (II)錯体へ還元されるため、2時間以内にラ セミ化してしまう 。しかし、生体中でのイベントのよ うに必要なときに必要な機能を発現するには、その構造 を外部刺激により意図的に動かすことが重要である。金 属錯体は、特徴ある配位立体化学に加え、レドックス活 性やユニークな光学/磁気的特性、さらに小分子の活性 化など魅力的な性質をもつ。これらを生体系でみられる ようならせん構造中で外部刺激に応答して協同的に発揮 できれば、超分子レベルでの構造制御と機能発現が期待 される。本報では外部刺激に応答できる置換活性なキラ ル金属錯体に焦点を絞り、最近報告された簡便な合成法 と『キラリティーセンシング』や『らせんスイッチング』 を含む動的な構造スイッチングについて解説する。 置換活性な第一遷移金属イオンからなる金属錯体は通 常 4~ 6配位型構造を形成しやすい。特に、弱配位子場 Labile metal complexes have a dynamic coordination bond which is generally weaker than a common covalent bond found in organic molecules but more useful for incorporation of external donor molecules reversibly and dynamically. Since such labile metal complexes can rapidly construct and/or change specific chiral molecular structures, dynamic conversion of chiral molecular shapes can be applicable to sensing chiral and achiral external stimuli. This review provides recent examples of labile metal complexes for sensing of chiral and achiral molecules, some of which offer dynamic conversion of chiral structures by rapid ligand exchange phenomena in response to not only one specific external stimulus but also a unique combination of some external stimuli. This kind of dynamic responsiveness in labile metal complexes would be applicable to sophisticated nanoscience and related technology including dynamic structure and/or function switching of natural and/or artificial molecules.
生物体内的金属蛋白质具有固定生物分子的结构、高选择性的分子识别、高酶活性等多种功能。在大多数情况下,金属离子具有置换活性的配体交换特性,表现出对外部刺激的结构改变和特殊的功能表现。血红蛋白就是一个广为人知的例子。氧分子向血红素铁中心配位时,铁中心的氧化状态发生变化,这种状态变化作为扳机,铁离子向卟啉环中心移动,组氨酸侧链移动,结构信息依次传递,最终形成氧对分子的吸收表现出异位效应。由于生物分子中结构信息的传递是在不对称的环境下进行的,所以包含不对称结构的信息传递也是极其重要的。在人工系统中,利用不对称信息的传递来决定不对称分子的绝对配置,进行光学纯度的定量的“螺旋感测”,响应外部刺激来进行螺旋等手性的三维结构的控制和变换的“螺旋”。蚀刻》对以生物、纳米、生态、材料为关键词的许多化学家来说是重要的研究课题。在不对称的金属配合物中,与有机配体内的光洁度一起,配位立体化学形成的配合物光洁度的分析和活用是重要的。例如,コバル酯(iii)离子等置换不具有活性的金属中心的络合物,不具备乙二胺等不对称分配位孩子也达和普利茅斯札幌-身体和狄拉克δ-身体等对手掌身体将单不离(手性)。它们即使在沸腾的水溶液中也很稳定,不会外消旋化,容易处理,但是如果加入锌粉末,就会被还原为具有置换活性的钴(II)配合物,2小时以内就会外消旋化。但是,为了在生物体内发生事件时表现出必要的功能,通过外部刺激有意识地移动其结构是非常重要的。金属配合物除了具有特征的配位立体化学之外,还具有传统活性和独特的光学/磁性特性,以及小分子活性化等迷人的性质。如果能在生物系统中看到的螺旋结构中协同发挥对外部刺激的作用,就有望实现超分子水平的结构调控和功能表现。本报聚焦于可响应外部刺激的置换活性的kill金属配合物,对最近报告的简便合成方法和包括“killicentense”和“螺旋开关”在内的动态结构开关进行讲解。由具有置换活性的第一过渡金属离子组成的金属配合物容易形成通常4~ 6配位型结构。特别是弱配体场Labile metal complexes have a dynamic coordination bond which is generally weaker than acommon covalent bond found in organic molecules but more useful for incorporation of external donormolecules reversibly and dynamically. Since such labile metal complexes can rapidly construct and/orchange特别chiral molecular structures,dynamic conversion of chiral molecular shapes can be applicable to sensing chiral and achiralexternal stimuli. This review provides recent examples of labile metal complexes for sensing ofchiral and achiral molecules,some of which offer dynamic conversion of chiral structures by rapid ligand exchange phenomena inresponse to not only one specific external stimulus but also a unique combination of some externalstimuli. This kind of dynamic responsiveness in labile metal complexes would be applicable tosophisticated nanoscience and related technology including dynamic structure and/or functionswitching of natural and/or artificial molecules。
{"title":"Dynamic Structure-Conversion Programming of Metal Complexes in Response to External Stimuli: Chiral Sensing and Achiral Sensing","authors":"H. Miyake","doi":"10.4019/BJSCC.72.38","DOIUrl":"https://doi.org/10.4019/BJSCC.72.38","url":null,"abstract":"生体内の金属タンパク質は、生体分子の構造固定や、 高選択的な分子認識、さらには高い酵素活性など多彩な 機能発現を担っている。多くの場合、金属イオンは置換活 性な配位子交換特性を持ち、外部刺激に応答した構造変 換と特異な機能発現を示す。ヘモグロビンがよく知られた 例である。酸素分子がヘム鉄中心に配位すると鉄中心の 酸化状態が変化し、この状態変化が引き金となって、鉄イ オンのポルフィリン環中心への移動、ヒスチジン側鎖の移 動、と次々に構造情報が伝達していき、最終的には酸素 分子の取り込みに対してアロステリック効果を示す 。 生体分子中での構造情報の伝達は不斉環境下でなさ れるので、不斉構造を含む情報伝達も極めて重要であ る。人工系においては、不斉情報の伝達を活用した不斉 分子の絶対配置の決定と光学純度の定量を行う『キラリ ティーセンシング』や、外部刺激に応答してらせん などキラルな三次元構造の制御や変換を行う『らせんス イッチング』は、バイオ、ナノ、エコ、マテリアル をキーワードとする多くの化学者にとって重要な研究課 題となっている。不斉な金属錯体では、有機配位子内の キラリティーとともに、配位立体化学が形成する錯体キ ラリティーの解析と活用が重要である。例えば、コバル ト (III)イオンなど置換不活性な金属中心をもつ錯体で は、エチレンジアミンなど不斉点をもたない配位子から も Λ–体と Δ–体といった対掌体 (エナンチオマー )が単 離される。それらは沸騰水溶液中でさえ安定で、ラセミ 化せず取り扱いやすいが、亜鉛粉末を加えると置換活性 なコバルト (II)錯体へ還元されるため、2時間以内にラ セミ化してしまう 。しかし、生体中でのイベントのよ うに必要なときに必要な機能を発現するには、その構造 を外部刺激により意図的に動かすことが重要である。金 属錯体は、特徴ある配位立体化学に加え、レドックス活 性やユニークな光学/磁気的特性、さらに小分子の活性 化など魅力的な性質をもつ。これらを生体系でみられる ようならせん構造中で外部刺激に応答して協同的に発揮 できれば、超分子レベルでの構造制御と機能発現が期待 される。本報では外部刺激に応答できる置換活性なキラ ル金属錯体に焦点を絞り、最近報告された簡便な合成法 と『キラリティーセンシング』や『らせんスイッチング』 を含む動的な構造スイッチングについて解説する。 置換活性な第一遷移金属イオンからなる金属錯体は通 常 4~ 6配位型構造を形成しやすい。特に、弱配位子場 Labile metal complexes have a dynamic coordination bond which is generally weaker than a common covalent bond found in organic molecules but more useful for incorporation of external donor molecules reversibly and dynamically. Since such labile metal complexes can rapidly construct and/or change specific chiral molecular structures, dynamic conversion of chiral molecular shapes can be applicable to sensing chiral and achiral external stimuli. This review provides recent examples of labile metal complexes for sensing of chiral and achiral molecules, some of which offer dynamic conversion of chiral structures by rapid ligand exchange phenomena in response to not only one specific external stimulus but also a unique combination of some external stimuli. This kind of dynamic responsiveness in labile metal complexes would be applicable to sophisticated nanoscience and related technology including dynamic structure and/or function switching of natural and/or artificial molecules.","PeriodicalId":72479,"journal":{"name":"Bulletin of Japan Society of Coordination Chemistry","volume":"1 1","pages":""},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2018-11-30","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"https://sci-hub-pdf.com/10.4019/BJSCC.72.38","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"41862551","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
引用次数: 1
Mechanism of Light-Induced Water-Oxidation/Oxygen Evolution Catalyzed by Photosystem II in Photosynthesis 光系统II在光合作用下诱导水氧化/氧演化的机理
Pub Date : 2018-11-30 DOI: 10.4019/BJSCC.72.3
Jian-Ren Shen
各種藻類や植物が行う光合成は、太陽の光エネルギー を利用して水と二酸化炭素から有機物を合成し、同時に 酸素を放出する過程である。これによって作られる有機 物は、他の様々な生物の生存に必要なエネルギーを供給 し、また、分子状酸素は、誕生直後およびその後 15億 年以上にわたって嫌気的であった地球大気を酸化的なも のに変換し、酸素呼吸を行う生物の出現と進化を可能に した。さらに我々が現在利用している化石エネルギーも、 太古の昔光合成生物が作った有機物が蓄積し、腐敗して 変換されたものである。したがって、光合成は地球上の 生命活動や大気環境の維持に極めて重要な役割を持って いる。 光合成は多くの反応ステップを含む複雑な過程であ り、大きく分けて光を必要とする「明反応」と、光を必 要としない「暗反応」がある。「明反応」は主にシアノ バクテリア細胞や真核藻類、植物の葉緑体内にあるチラ コイド膜と呼ばれる生体膜で行われ、膜上に存在する 様々な色素―タンパク質複合体が光エネルギーの吸収・ 伝達を行い、それによって一連の電子伝達反応が誘導さ れ、ATP合成反応が行われるようになる。暗反応は、電 子伝達・ATP合成反応によってもたらされた高エネル ギー化合物 ATPや還元力を利用して、シアノバクテリ アの細胞質内あるいは真核生物の葉緑体のストロマで、 一連の酵素によって二酸化炭素を糖に変換するものであ る。本稿では、主に明反応のうち、光化学系 II複合体 (Photosystem II, PSII)による水分解・酸素発生反応 の機構について紹介する。
各种藻类和植物进行的光合作用是利用太阳的光能,从水和二氧化碳合成有机物,同时释放氧气的过程。这些有机物质提供了其他各种生物生存所需的能量,分子态氧将地球大气氧化,而地球大气在诞生后的15亿多年里是厌氧的。转换成野,使进行氧气呼吸的生物的出现和进化成为可能。而且,我们现在所使用的化石能源,也是远古时代光合作用生物所制造的有机物积累、腐败后转换而成的。因此,光合作用对地球上的生命活动和大气环境的维持有着极其重要的作用。光合作用是包含许多反应步骤的复杂过程,大致分为需要光的“明反应”和不需要光的“暗反应”。“明反应”主要在蓝藻细胞、真核藻类、植物叶绿体内的生物膜中进行,膜上存在的各种色素-蛋白质复合体对光能的吸收进行传递,从而诱导一系列的电子传递反应,进行ATP合成反应。暗反应是利用电子传递·ATP合成反应所带来的高烯基化合物ATP和还原力,在青杆菌的细胞质内或真核生物的叶绿体的锶通过一系列酶将二氧化碳转换成糖。本文主要介绍明反应中的光化学系统II复合物(Photosystem II, PSII)的水分解和氧发生反应的机制。
{"title":"Mechanism of Light-Induced Water-Oxidation/Oxygen Evolution Catalyzed by Photosystem II in Photosynthesis","authors":"Jian-Ren Shen","doi":"10.4019/BJSCC.72.3","DOIUrl":"https://doi.org/10.4019/BJSCC.72.3","url":null,"abstract":"各種藻類や植物が行う光合成は、太陽の光エネルギー を利用して水と二酸化炭素から有機物を合成し、同時に 酸素を放出する過程である。これによって作られる有機 物は、他の様々な生物の生存に必要なエネルギーを供給 し、また、分子状酸素は、誕生直後およびその後 15億 年以上にわたって嫌気的であった地球大気を酸化的なも のに変換し、酸素呼吸を行う生物の出現と進化を可能に した。さらに我々が現在利用している化石エネルギーも、 太古の昔光合成生物が作った有機物が蓄積し、腐敗して 変換されたものである。したがって、光合成は地球上の 生命活動や大気環境の維持に極めて重要な役割を持って いる。 光合成は多くの反応ステップを含む複雑な過程であ り、大きく分けて光を必要とする「明反応」と、光を必 要としない「暗反応」がある。「明反応」は主にシアノ バクテリア細胞や真核藻類、植物の葉緑体内にあるチラ コイド膜と呼ばれる生体膜で行われ、膜上に存在する 様々な色素―タンパク質複合体が光エネルギーの吸収・ 伝達を行い、それによって一連の電子伝達反応が誘導さ れ、ATP合成反応が行われるようになる。暗反応は、電 子伝達・ATP合成反応によってもたらされた高エネル ギー化合物 ATPや還元力を利用して、シアノバクテリ アの細胞質内あるいは真核生物の葉緑体のストロマで、 一連の酵素によって二酸化炭素を糖に変換するものであ る。本稿では、主に明反応のうち、光化学系 II複合体 (Photosystem II, PSII)による水分解・酸素発生反応 の機構について紹介する。","PeriodicalId":72479,"journal":{"name":"Bulletin of Japan Society of Coordination Chemistry","volume":" ","pages":""},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2018-11-30","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"https://sci-hub-pdf.com/10.4019/BJSCC.72.3","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"44764368","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
引用次数: 0
Fluorescence Properties of Dye Molecules Interacting with Nanoparticle Surface in Dye-Dispersing Titania Gels 染料分散二氧化钛凝胶中染料分子与纳米粒子表面相互作用的荧光性质
Pub Date : 2018-11-30 DOI: 10.4019/BJSCC.72.30
Hiromasa Nishikiori, Mitsuya Shinzato
光吸収、発光、センシングなど様々な機能をもつ有機 分子を無機固体表面上に固定化したり、固体内部に閉じ 込めたりして材料として利用することは、新規材料開発 において重要な技術である。機能性色素分子をゾル-ゲ ル法により固体マトリックス中に分散させる研究は、古 くから多くの研究者らによって行われている 。キサン テン色素は特定の波長領域 (400–500 nm)でのモル吸光 係数が高く、蛍光量子収率も高いことから、光エネルギ ーの収集や発光を利用するための材料として有用であ る。キサンテン色素は会合や凝集をおこしやすいが、シ リコンアルコキシドの溶液に混合しゲル化させることに よりシリカゲル中に単量体として分散させることができ る 。色素の会合状態はその分光特性を大きく変える ため、光機能を求める上ではよく注目される点である。 ゾル-ゲル反応の出発溶液中に均一に分散されていた色 素分子は、シロキサンネットワークが成長する過程にお いてその間隙やゲル細孔となる初期構造の中に取り込ま れていく 。酸触媒を添加して調製したシリカゾルでは、 ゾル-ゲル反応の進行に伴い色素分子はシリコンアルコ キシドの線状の重合体の網目構造の中に個々に取り込ま れていく傾向があるため、二量体などの会合体は形成さ れにくくなる。水溶液中での二量化平衡定数の大きいロ ーダミン色素を用いた場合には、調製条件により二量体 を形成することが予想される。しかし、ゾル-ゲル転 移において体積が 1/10以下に収縮する条件においても、 多量体や凝集体を形成することなく、シリカゲルのネッ トワーク中または狭い間隙に単量体もしくは二量体とし て取り込まれる傾向がある 。さらに界面活性剤や有 機修飾シリコンアルコキシドを用いることにより、単量 体の割合を増加させることができ、レーザー発光の効率 や光安定性を向上させることができる 。シリカゲル やアルミナゲル中のローダミン色素は、単量体または J 型二量体として安定に存在し強い蛍光性を示すことがわ かっている 。シリカゲル内の化学的環境を変えるこ とにより、色素の構造や機能を制御できるところがこの 系の特徴である。 色素増感太陽電池は色素の光エネルギー収集機能と金 The dye–titania interaction is very important for the electron injection process in dye-sensitized solar cells (DSSCs). For example, the steam treatment of a fluorescein-dispersing amorphous titania film remarkably improved the photoelectric conversion efficiency due not only to its crystallization but also to the dye–titanium surface complex formation. The titanium chelation of the carboxylate and carbonyl of the dye was promoted in the narrow spaces among the titania nanoparticles. Such interaction caused the ligand-to-metal charge transfer (LMCT) interaction. The complex formation enhanced the photocurrent due to improvement in the efficiency of the electron injection into the titania conduction band for the photoelectric conversion. A great degree of fluorescence quenching was observed in the steam-treated titania due to the electron injection from the dye into the titania. On the other hand, relative fluorescence quantum efficiency of fluorescein was enhanced in the titania gel films containing a small amount of silica due to the strong hydrogen bonding interaction between the TiOH groups on the titania surface and the carboxylate and carbonyl of the fluorescein species and a transformation from the anion to the highly fluorescent dianion species.
将具有光吸收、发光、传感等各种功能的有机分子固定在无机固体表面上或封闭在固体内部作为材料使用是新材料开发中的重要技术。利用溶胶-凝胶法将功能性色素分子分散在固体基质中的研究,自古以来就由很多研究者进行。由于喹吖酮染料在特定波长区域(400-500nm)的摩尔吸收系数高,荧光量子产率也高,因此可用作用于光能收集和发光的材料。黄嘌呤色素容易发生缔合和凝聚,但通过与硅醇盐的溶液混合并使其凝胶化,可以作为单体分散在硅胶中。由于染料的缔合状态极大地改变了其光谱特性,因此在求光功能方面经常受到关注。均匀分散在溶胶-凝胶反应的起始溶液中的色素分子在硅氧烷网络生长的过程中被引入到其间隙或成为凝胶细孔的初始结构中。在添加酸催化剂而制备的硅溶胶中,随着溶胶-凝胶反应的进行,色素分子有被单独取入硅醇盐的线状聚合物的网眼结构中的倾向,因此难以形成二聚体等缔合体。在使用水溶液中的二聚平衡常数大的罗丹明色素的情况下,预计根据制备条件形成二聚体。但是,即使在溶胶-凝胶转移中体积收缩至1/10以下的条件下,也有不形成多聚体或凝聚体而作为单体或二聚体进入硅胶的网络中或狭窄的间隙的倾向。进而,通过使用表面活性剂或有机修饰的烷氧基硅,可以增加单体的比例,可以提高激光发光的效率和光稳定性。已知硅胶或氧化铝凝胶中的罗丹明色素作为单体或J型二聚体稳定存在,显示出强荧光性。通过改变硅胶内的化学环境,可以控制色素的结构和功能,这是该体系的特征。染料敏化太阳能电池具有染料的光能收集功能和金The dye-titania interaction is very important for the electron injection process in dye-sensitized solar cells(DSSCs)。For example,the steam treatment of afluorescein-dispersing amorphous titania filmremarkably improved the photoelectric conversion efficiency due not only to its crystallization but also to the dye–titanium surface complex formation。The titanium chelation of the carboxylate and carbonyl of the dye was promoted in the narrow spaces among the titania nanoparticles。Such interaction caused the ligand-to-metal charge transfer(LMCT)interaction。The complex formation enhanced the photocurrent due to improvement in the efficiency of the electron injection into the titania conduction band for the photoelectric conversion。A great degree of fluorescence quenching was observed in the steam-treated titania due to the electron injection from the dye into the titania。一次左右,一次左右,一次左右,一次左右,一次左右,一次左右,一次左右,一次左右,一次左右,一次左右,一次左右,一次左右,一次左右uorescent dianion species。
{"title":"Fluorescence Properties of Dye Molecules Interacting with Nanoparticle Surface in Dye-Dispersing Titania Gels","authors":"Hiromasa Nishikiori, Mitsuya Shinzato","doi":"10.4019/BJSCC.72.30","DOIUrl":"https://doi.org/10.4019/BJSCC.72.30","url":null,"abstract":"光吸収、発光、センシングなど様々な機能をもつ有機 分子を無機固体表面上に固定化したり、固体内部に閉じ 込めたりして材料として利用することは、新規材料開発 において重要な技術である。機能性色素分子をゾル-ゲ ル法により固体マトリックス中に分散させる研究は、古 くから多くの研究者らによって行われている 。キサン テン色素は特定の波長領域 (400–500 nm)でのモル吸光 係数が高く、蛍光量子収率も高いことから、光エネルギ ーの収集や発光を利用するための材料として有用であ る。キサンテン色素は会合や凝集をおこしやすいが、シ リコンアルコキシドの溶液に混合しゲル化させることに よりシリカゲル中に単量体として分散させることができ る 。色素の会合状態はその分光特性を大きく変える ため、光機能を求める上ではよく注目される点である。 ゾル-ゲル反応の出発溶液中に均一に分散されていた色 素分子は、シロキサンネットワークが成長する過程にお いてその間隙やゲル細孔となる初期構造の中に取り込ま れていく 。酸触媒を添加して調製したシリカゾルでは、 ゾル-ゲル反応の進行に伴い色素分子はシリコンアルコ キシドの線状の重合体の網目構造の中に個々に取り込ま れていく傾向があるため、二量体などの会合体は形成さ れにくくなる。水溶液中での二量化平衡定数の大きいロ ーダミン色素を用いた場合には、調製条件により二量体 を形成することが予想される。しかし、ゾル-ゲル転 移において体積が 1/10以下に収縮する条件においても、 多量体や凝集体を形成することなく、シリカゲルのネッ トワーク中または狭い間隙に単量体もしくは二量体とし て取り込まれる傾向がある 。さらに界面活性剤や有 機修飾シリコンアルコキシドを用いることにより、単量 体の割合を増加させることができ、レーザー発光の効率 や光安定性を向上させることができる 。シリカゲル やアルミナゲル中のローダミン色素は、単量体または J 型二量体として安定に存在し強い蛍光性を示すことがわ かっている 。シリカゲル内の化学的環境を変えるこ とにより、色素の構造や機能を制御できるところがこの 系の特徴である。 色素増感太陽電池は色素の光エネルギー収集機能と金 The dye–titania interaction is very important for the electron injection process in dye-sensitized solar cells (DSSCs). For example, the steam treatment of a fluorescein-dispersing amorphous titania film remarkably improved the photoelectric conversion efficiency due not only to its crystallization but also to the dye–titanium surface complex formation. The titanium chelation of the carboxylate and carbonyl of the dye was promoted in the narrow spaces among the titania nanoparticles. Such interaction caused the ligand-to-metal charge transfer (LMCT) interaction. The complex formation enhanced the photocurrent due to improvement in the efficiency of the electron injection into the titania conduction band for the photoelectric conversion. A great degree of fluorescence quenching was observed in the steam-treated titania due to the electron injection from the dye into the titania. On the other hand, relative fluorescence quantum efficiency of fluorescein was enhanced in the titania gel films containing a small amount of silica due to the strong hydrogen bonding interaction between the TiOH groups on the titania surface and the carboxylate and carbonyl of the fluorescein species and a transformation from the anion to the highly fluorescent dianion species.","PeriodicalId":72479,"journal":{"name":"Bulletin of Japan Society of Coordination Chemistry","volume":" ","pages":""},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2018-11-30","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"49553384","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
引用次数: 1
期刊
Bulletin of Japan Society of Coordination Chemistry
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