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スポットライトリサーチ

光照射によって結晶と液体を行き来する蓄熱分子

第27回目となるスポットライトリサーチは、九州大学大学院工学府(君塚研究室)博士課程2年・ 石場 啓太さんにお願いしました。Pacifichem2015学生ポスター賞の受賞者の一人です。

君塚研究室では前回のアップコンバージョンMOFの記事でも紹介したとおり、「分子が組織化することで発現する高次機能」に興味をもち、研究を行っています。結晶や液体は、分子間力で化合物がゆるく集まった状態と捉えることができます。ならばその相互作用を光でコントロールしてやるとどうなるのだろうか?そんな興味と太陽光エネルギー活用という実用の両輪から派生したものが今回の成果といえそうです。

それではいつも通り、担当された石場さんに、現場のリアリティについて尋ねてみました。ご覧ください!

 

Q1. 今回の受賞対象となったのはどんな研究ですか?簡単にご説明ください。

光誘起イオン結晶-イオン液体相転移を示すアゾベンゼン誘導体の開発と光エネルギー貯蔵についての研究です [1]。

本研究では、温度を変えることなく光だけで融けたり固まったりするイオン性のアゾベンゼンを合成し、イオン伝導性などイオン液体の性質が相転移の前後で劇的に変化することを見出しました。また、光エネルギーを分子の構造変化として蓄える Solar Thermal Fuels にこの材料を応用しました。その結果、アゾベンゼンの transcis 光異性化と結晶-液体相転移の組み合わせにより、エネルギー貯蔵量を従来の約 2 倍に向上することができました (下図)。

sr_K_Ishiba_2

Q2. 本研究テーマについて、自分なりに工夫したところ、思い入れがあるところを教えてください。

光異性化と相転移によって蓄えられたエネルギーは熱として放出されるため、その熱を示差走査熱量測定 (DSC) により検出することで蓄えられたエネルギー量を求めることができます。その際、化合物が狙い通りの振る舞いをしているか見てみたいということになり、DSC 測定中の化合物をビデオカメラで撮影しようと試みました。試行錯誤の結果、DSC の挙動に対応した異性化や相転移を直接観察できた時はとても嬉しかったです。

 

Q3. 研究テーマの難しかったところはどこですか?またそれをどのように乗り越えましたか?

イオン性の分子ということもあり、吸湿性には悩まされました。晴れた日は調子が良いのに、雨が降ると可逆的な相転移を示さないことがあったため、水の吸着等温線を測ってみると、やはり湿度の影響を受けていることが判りました。そこで、対アニオンをより疎水的なものに変えて吸湿を抑制することにより、天候に関係なく可逆的な光誘起相転移を観測することができるようになりました。

 

Q4. 将来は化学とどう関わっていきたいですか?

一つの専門にとらわれず、新しいことや異なる分野にどんどん挑戦していきたいと考えています。様々な分野に広くアンテナを張り、多角的な視点やスケールを持つことで、他人と異なる自分オリジナルの分野を開拓したいです。

 

Q5. 最後に、読者の皆さんにメッセージをお願いします。

これまで研究が思うように進まず、よく心が折れていたので、君塚先生から「諦めるな!」と厳しめのお叱りを受けることがありました。しかし最近は精神面が強化されてきて、先日バス釣りに出かけた際には、寒くても諦めることなくルアーを投じ続けた結果、49 cm のデカバスを釣り上げることができました。研究ではまだ迷走していますが、諦めずにもがき続けています。ネバーギブアップ精神で一緒に頑張りましょう。

 

参考文献

  1. K. Ishiba, M-a. Morikawa, C. Chikara, T. Yamada, K. Iwase, M. Kawakita, N. Kimizuka, Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 1532–1536. DOI: 10.1002/anie.201410184

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研究者の略歴

sr_K_Ishiba_1石場 啓太 (いしば けいた)

所属:九州大学大学院工学府 君塚研究室 博士課程2年

研究テーマ:光応答性分子システムの構築

略歴:1989年長崎県大村市生まれ。2012年3月九州大学工学部卒業後、2012年4月同大学院工学府修士課程進学、2014年4月博士課程進学。

 

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cosine

博士(薬学)。Chem-Station副代表。現在国立大学教員として勤務中。専門は有機合成化学、主に触媒開発研究。 関心ある学問領域は三つ。すなわち、世界を創造する化学、世界を拡張させる情報科学、世界を世界たらしめる認知科学。 素晴らしければ何でも良い。どうでも良いことは心底どうでも良い。興味・趣味は様々だが、そのほとんどがメジャー地位を獲得してなさそうなのは仕様。

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