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ナノスケール人工光合成モデル系の実現に向けた静電とπ-π相互作用の相乗効果
Synergy of Electrostatic and π-π Interactions in the Realization of Nanoscale Artificial Photosynthetic Model Systems.
PMID: 32652750 DOI: 10.1002/anie.202006014.
抄録
光活性電子ドナー・アクセプターシステムを効率的に構築しようとする科学的な競争の中で、超分子ナノスケールアレイに統合されたときのそれらの構成要素の相互作用については、ほとんど知られていない、特に水性環境で。ここでは、ナノスケールの材料として出現した水性ドナー・アクセプター・アンサンブルを説明する。我々は、ピレンを特徴とする四座化亜鉛フタロシアニン(ZnPc)に着目し、静電相互作用とπ-π相互作用の微妙な相互作用によって駆動される前例のない凝集モードを示した。私たちの研究は、溶液中での単結晶成長と光励起時に隣接するZnPcs間の対称性を破る分子間電荷移動を実証しています。単結晶ZnPc集合体上の電子アクセプターとして負に帯電したフラーレン（C 60）を固定化することで、全体的な安定性を向上させ、C 60の非存在下で見られるエネルギーを浪費する電荷の再結合を抑制することが判明しました。このようにして得られた人工光合成モデル系は、効率的な電荷分離とそれに続く電荷輸送を促進する高度な事前組織化を示している。
In the scientific race to build up photoactive electron donor-acceptor systems with increasing efficiencies, little is known about the interplay of their building blocks when integrated into supramolecular nanoscale arrays, particularly in aqueous environments. Here, we describe an aqueous donor-acceptor ensemble whose emergence as a nanoscale material renders it remarkably stable and efficient. We have focused on a tetracationic zinc phthalocyanine (ZnPc) featuring pyrenes, which shows an unprecedented mode of aggregation, driven by subtle cooperation between electrostatic and π-π interactions. Our studies demonstrate monocrystalline growth in solution and a symmetry-breaking intermolecular charge transfer between adjacent ZnPcs upon photoexcitation. Immobilizing a negatively charged fullerene (C 60 ) as electron acceptor onto the monocrystalline ZnPc assemblies was found to enhance the overall stability, and to suppress the energy-wasting charge recombination found in the absence of C 60 . Overall, the resulting artificial photosynthetic model system exhibits a high degree of preorganization, which facilitates efficient charge separation and subsequent charge transport.
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