カーボンニュートラル社会の構築に向けて，太陽光エネルギーの積極的利用・貯蔵は中核を成す課題である。他方，ユニークな光機能を有する材料は，Society 5.0を支える新たなデバイスやセンサーを実現する。すなわち，「光を操る」ことはエネルギー・材料化学のホットトピックスである。本稿では，精密設計された層状ナノ空間への発光性有機分子の充填による，光エネルギーの自在変換を可能とする光機能性材料の開発例を述べる。（1）ナノシート積層型ベクトル電子移動系による光触媒作用：チオールエンクリック反応によって創出したチタン酸ナノシートとタングステン酸ナノシートの交互積層構造の層間にRu(bpy)32+を導入することで，可視光照射によるRu(bpy)32+を介したタングステン酸からチタン酸へのZ-Scheme型電子移動と，水素生成光触媒反応の実証に成功した。（2）層間アップコンバージョンによる光触媒の駆動：粘土層間に有機分子を充填することで，従来困難であった水・酸素共存中で緑色光から青色光への短波長変換が可能なフォトン・アップコンバージョン材料を開発した。この材料を用い，太陽光中の主成分である長波長光を利用して，短波長光下でのみ作用する光触媒を駆動させることに成功した。（3）「触媒的脱アミノ化法」によるナノ空間への無置換アレーン充填法による光機能材料設計：粘土層間およびゼオライト細孔内に導入したアレーンアンモニウムの脱アミノ化反応によるナノ空間への無置換アレーンの充填法を開発した。この無置換アレーンは粘土層間で安定ラジカルとして存在し，スチレン重合の開始剤として機能し，高分子末端に直接アリール基が結合した光機能性ポリスチレンを得ることに成功した。ゼオライト細孔内の無置換アレーンの発光色は，ゼオライトの閉じ込め効果を受けて変化し，ゼオライトホストの設計によって有機EL材料に最適な発光色を得ることができた。
The storage and active use of solar energy is a core issue for the construction of a carbon-neutral society. On the other hand, materials with unique optical functions will realize new devices and sensors that support Society 5.0. In other words, “manipulating light” is a hot topic in energy and materials chemistry. In this paper, we describe examples of the development of photofunctional materials that enable flexible conversion of light energy by filling precisely designed layered nanospaces with luminescent organic molecules. (1) Photocatalysis by nanosheet stacked vector electron transfer system: By introducing Ru(bpy)32+ between the layers of the alternating stacked structure of titanic acid and tungstic acid nanosheets created by thiol enrichment reaction, the tungstic acid is converted to tungstic acid via Ru(bpy)32+ by visible light irradiation to titanate via Ru(bpy)32+ and photocatalytic hydrogen production. (2) Photocatalyst driven by interlayer upconversion: By filling organic molecules between clay layers, we developed a photon-upconversion material that can convert short wavelengths from green light to blue light in the presence of water and oxygen, which was previously difficult. Using this material, we succeeded in driving a photocatalyst that works only under short wavelength light by using long wavelength light, which is the main component in sunlight. (3) Design of photofunctional materials by filling nanospace with unsubstituted arenes using “catalytic deamination method”: We developed a method for filling nanospace with unsubstituted arenes by deamination reaction of ammonium arenes introduced into the clay interlayer and zeolite pores. The unsubstituted arene exists as a stable radical between the clay layers and functions as an initiator of styrene polymerization, and we succeeded in obtaining photo-functional polystyrene with aryl groups directly attached to the polymer ends. The luminescence color of the unsubstituted arenes in the zeolite pores changed due to the confinement effect of the zeolite, and the optimal luminescence color for OLED materials was obtained by designing the zeolite host.
キーワード：ホスト–ゲスト；層状材料；光触媒；アップコンバージョン；ラジカル重合；有機発光体
Key words: host-guest; layered materials; photocatalyst; photon upconversion; radical polymerization; organic emitter
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