長谷川 靖哉

はせがわ やすちか
Yasuchika Hasegawa
北海道大学大学院工学研究院
教授
A03
専門分野光化学・錯体化学
公募班（2020-2021）

希土類錯体から配位高分子へのソフトクリスタル変形と光機能評価

キーワード
発光、ソフトクリスタル、希土類錯体、希土類配位高分子
関連する研究者
研究協力者: 北川裕一（北海道大学化学反応創成研究拠点、特任講師）

研究概要

希土類錯体の発光特性は配位幾何学構造（ラポルテ許容性）に大きく依存することが知られている。本研究では、外部刺激によって希土類の配位数と幾何学構造が変化する新しいソフトクリスタル変形の創成および光機能評価を行う。具体的には、７配位型ユウロピウム錯体に外部刺激（ピリジン誘導体）を添加／留去することに伴う８配位構造への可逆的なソフトクリスタル変形を検討する。その配位型ユウロピウム錯体の固体状態における可逆相転移を X線構造解析により評価し、相転移における発光特性変化（発光スペクトル、発光量子効率、発光速度解析、LMCT解析など）を計測する。さらに、錯体から配位高分子へのソフトクリスタル変形を初めて検討し、相転移の中間状態における光機能（励起エネルギー移動過程）の解析を行う。

希土類錯体から配位高分子へのソフトクリスタル変形
ソフトクリスタル変形に伴う遷移状態
公募班（2018-2019）

ソフトクリスタル挙動を示すキラル希土類配位高分子の合成と光機能評価

キーワード
ガラス転移、キラル、希土類錯体、発光
関連する研究者
研究協力者: 中西貴之（東京理科大学基礎工学部、講師）
研究協力者: 北川裕一（北海道大学化学反応創成研究拠点、特任講師）

研究概要

キラル配位子を導入した希土類錯体は異方性の高い円偏光発光を示す。この集合状態におけるキラル希土類錯体の光機能解明は学術的に重要である。本研究では、結晶相転移（ソフトクリスタル挙動）を誘起するキラル希土類配位高分子の合成および光機能評価を行う。具体的には、相転移挙動を誘起するエチニル含有ホスフィンオキシドとキラル型Eu(III)錯体との反応によりキラル希土類配位高分子の合成を行う。そのキラル希土類配位高分子の様々な固体状態（結晶系α、結晶系β、ガラス状態など）における基礎光物性とキラル光機能（CDおよびCPL特性）の評価を行い、相転移挙動におけるキラル機能を明らかにする。さらに、Eu(III)とTb(III)の混合系配位高分子を合成し、温度変化による光誘起エネルギー移動過程をアレニウス解析によって評価する。

ソフトクリスタル挙動を示すキラル希土類配位高分子のイメージ
エチニル基を導入した相転移を示す希土類配位高分子

研究業績

査読付発表論文

A03-11

  1. "Asymmetric Lumino-Transformer: Circularly Polarized Luminescence of Chiral Eu(III) Coordination Polymer with Phase-Transition Behavior" Makoto Tsurui, Yuichi Kitagawa, Sunao Shoji, Hitomi Ohmagari, Miki Hasegawa, Masayuki Gon, Kazuo Tanaka, Masato Kobayashi, Tetsuya Taketsugu, Koji Fushimi, and Yasuchika Hasegawa*,Phys. Chem. B 2022, 126, 20, 3799–3807.(Cover Picture)(領域内共同研究A03長谷川美）
    DOI: 10.1021/acs.jpcb.2c01639
  2. Photonic molecular trains in soft-crystal polymerization of transformative lanthanide coordination centres
    Pedro Paulo Ferreira da Rosa,1 Yuichi Kitagawa,2,4 Sunao Shoji,2,4 Hironaga Oyama,5 Keisuke Imaeda,3 Naofumi Nakayama,6 Koji Fushimi,2 Hidehiro Uekusa,5 Kosei Ueno,3 Hitoshi Goto,7 and Yasuchika Hasegawa2,4*, Nature Commun. in press.(領域内共同研究　A02 後藤, A02公募植草)リョウイキナ
  3. “Amide-bridged Eu(III) coordination polymer for stable luminescent glass material” J. Hayashi, S. Shoji, Y. Kitagawa, K. Fushimi, Y. Hasegawa*, Mater. Lett. 297, 130012 (2021).
    DOI: 10.1016/j.matlet.2021.130012
  4. “Bright red emission with high color purity from Eu(III)complexes with Pai-cinjugated polycyclic aromatic loigands and their sensing applications” Y. Kitagawa, M. Tsurui, Y. Hasegawa*, RSC Adv. 2022,12,810-821.
    DOI: 10.1039/D1RA08233G
  5. “Charge-transfer excited states of p- and 4f orbitals for development of luminescent Eu(III) complexes”, Y. Kitagawa*, P.-p. Ferreira da Rosa, Y. Hasegawa*, Dalton Trans. 50, 14978-14984 (2021).
    DOI: 10.1039/D1DT03019A
  6. “Hybrid Eu(III) Coordination luminophore Standing on Silica Nanoparticles By Two Legs for Enhanced Luminescence” T. Zhang, Y. Kitagawa, R. Moriake, P. P. Ferreira da Rosa, Md J. Islam, T. Yoneda, Y. Inokuma, K. Fushimi, Y. Hasegawa*, Chem. Eur.J. 27, 14438-14443 (2021). （Cover Feature）
    DOI: 10.1002/chem.202102156
  7. “Long-lived emission beyond 1000 nm: control of excited-state dynamics in a dinuclear Tb(III)-Nd(III) complex” Y. Kitagawa*, K. Matsuda, P. P. Ferreira da Rosa, K. Fushimi, Y. Hasegawa*, Chem. Comm. 57, 8047-8050 (2021).
    DOI: 10.1039/D1CC03596G
  8. “Strong circularly polarized luminescence of mixed lanthanide coordination polymers with control of 4f electronic structures” Y. Kitagawa*, P.-P. Ferreira da Rosa, Y. Hasegawa*, Dalton Trans. 50, 5433-5436 (2021).
    DOI: 10.1039/C9CC06909G
  9. Luminescent Lanthanide Coordination Polymers with Transformative Energy Transfer Processes for Physical and Chemical Sensing Applications, Y. Hasegawa*, Y. Kitagawa, J. Photochem. Photobio. C, Photochem. Rev. in press (2022).
    DOI: 10.1039/C4RA09255D
  10. "Aggregation-induced emission of a Eu(III) complex via ligand-to-metal charge transfer" Y. Kitagawa*, M. Kumagai, K. Fushimi, Y. Hasegawa*, Chem. Phys. Lett., 749, 137437 (2020).
    DOI: 10.1016/j.cplett.2020.137437
  11. "An Europium (III) Luminophore with Pressure-Sensing Units: Effective Back Energy Transfer in Coordination Polymers with Hexadentate Porous Stable Networks" Y. Hasegawa*, T. Sawanobori, Y. Kitagawa, S. Shoji, K. Fushimi, Y. Nakadaka, T. Masuda, I. Hisaki, ChemPlusChem., 85, 1989-1993 (2020).
    DOI: 10.1002/cplu.202000513
  12. "Chiral lanthanide lumino-glass for a circularly polarized light security device" Y. Kitagawa*, S. Wada, MD J. Islam, K. Saita, M. Gon, K. Fushimi, K. Tanaka, S. Maeda, Y. Hasegawa*, Comms. Chem., 3, 119 (2020).
    DOI: 10.1038/s42004-020-00366-1
  13. "Circularly Polarized Absorption and Luminescence of Semiconductor Eu-OCN Nanocrystals in the Blue Region of the Electromagnetic Spectrum" Yasuchika Hasegawa, Katsumasa Koide, Makoto Tsurui, Yuichi Kitagawa,Takayuki Nakanishi, Yoshihiro Doi, Yukio Hinatsu, and Koji Fushimi, ChemPhysChem, 2020, 21, 2019-2024(Cover Feature)
    DOI: 10.1002/cphc.202000468
  14. "Electronic strain effect on Eu(III) complexes for enhanced circularly polarized luminescence" M. Tsurui, Y. Kitagawa, K. Fushimi, M. Gon, K. Tanaka, Y. Hasegawa*, Dalton Trans., 49, 5352-5361 (2020).
    DOI: 10.1039/D0DT00699H
  15. "First Tribo-excited Chemical Reaction of a Stacked Lanthanide Coordination Polymer with in Situ Reaction Monitor " Y. Kitagawa*, A. Naito, K. Fushimi, Y. Hasegawa*, Chem. Eur. J., 27(1), 2279-2283. (Cover Feature)
    DOI: 10.1002/chem.202004485
  16. "Long-range LMCT coupling in Eu(III) coordination polymers for an effective molecular luminescent thermometer" Y. Kitagawa*, M. Kumagai, P.-P. Ferreira da Rosa, K. Fushimi, Y. Hasegawa*, Chem. Eur. J., 27, 264-269 (2021). (Cover Feature)
    DOI: 10.1002/chem.202002628
  17. "Lifetimes of Lanthanide(III) Triboluminescence Excited by Aerodynamic Shock Waves" Y. Hirai, A. Kotani, H. Sakaue, Y. Kitagawa, Y. Hasegawa*, J. Phys. Chem. C, 123, 27251-27256 (2019).
    DOI: 10.1021/acs.jpcc.9b08349
  18. "Near-IR luminescent Yb(III) coordination polymers composed of pyrene derivatives for thermo-stable oxygen sensors" Y. Hasegawa*, T. Matsui, Y. Kitagawa, T. Nakanishi, T. Seki, H. Ito, Y. Nakasaka, T. Masuda, K. Fushimi, Chem. Eur. J., 25, 12308-12315 (2019). 
    DOI: 10.1002/chem.201902583
  19. "Temperature-sensitive Luminescent lanthanide complexes" *Y. Hasegawa, Y. Kitagawa, J. Mater. Chem. C, 2019, 7494-7511
    DOI: 10.1039/C9TC00607A
  20. "Thermal and crystallographic investigation of luminescent Eu(III) coordination polymers with dithiane and dioxane hexyl rings" Y. Hirai, P. P. Ferreira da Rosa, Y.Kitagawa, Y. Hasegawa, Chem. Lett., 48, 1544-1546 (2019).
    DOI: 10.1246/cl.190752
  21. "Electronic chirality inversion of lanthanide complex induced by achiral molecules" S. Wada, Y. Kitagawa, T. Nakanishi, M. Gon, K. Tanaka, K. Fushimi, Y. Chujo, Y. Hasegawa, Sci. Rep., 2018, 8, 16395.
    DOI: 10.1038/s41598-018-34790-0
  22. "Ligand-assisted Back Energy Transfer in Luminescent Tb(III) Complexes for Thermo-sensing Properties" M. Yamamoto, Y. Kitagawa, T. Nakanishi, K. Fushimi, Y. Hasegawa, Chem. Eur. J., 2018, 24, 17719-17726.(Cover Feature)
    DOI: 10.1002/chem.201804392
  23. "Spiral Eu(III) Coordination Polymers with Circularly Polarized Luminescence" Y. Hasegawa, Y. Miura, Y. Kitagawa, S. Wada, T. Nakanishi, K. Fushimi, T. Seki, H. Ito, T. Iwasa, T. Taketsugu, M. Gon, K. Tanaka, Y. Chujo, S. Hattori, M. Karasawa, K. Ishii, Chem. Comm., 2018, 54, 10695-10697.(領域内共同研究A02-01伊藤肇、A02岩佐、A03-01石井)
    DOI: 10.1039/C8CC05147J

国内学会発表

A03-11

  1. "強発光する希土類配位高分子：設計と応用" 長谷川靖哉 (招待講演), 強光子場科学研究懇談会 2020年度第2回懇談会 (WEB開催　強光子場科学研究懇談会 Japan, 2021年4月23日)
  2. 希土類配位高分子が拓く新しい光機能材料" 長谷川靖哉 (招待講演), 第96回高分子若手研究会(WEB開催 Japan, 2021年7月17日)
  3. 高色純度発光を示す希土類配位高分子：設計と応用展開" 長谷川靖哉 (招待講演), 2021年度色材研究発表会 (WEB開催, 色材協会Japan, 2021年9月16-17日)
  4. 水圏環境における発光性分子材料のセンシング機能" 長谷川靖哉 (招待講演), 第11 回化学フェスタ（2021 年度）水圏機能材料(WEB開催, 日本化学会　Japan, 2021年10月20-21日)
  5. 光り輝く希土類ナノハイブリッド：新しい配位高分子材料" 長谷川靖哉 (招待講演), 第9回IROASTシンポジウム Nano-organics and Nano-hybrids(WEB開催, 熊本大学　Japan, 2022年1月21日)
  6. "Eu(III)配位高分子の励起エネルギー移動過程を利用した酸素センサー" 長谷川靖哉 (招待講演), 第16回学際領域における分子イメージングフォーラム (WEB開催　J A X A, Japan, 2020年11月19日)
  7. "希土類高分子が拓く次世代光機能材料" 長谷川靖哉 (招待講演), 第29回ポリマー材料フォーラム (WEB開催, Japan, 2020年11月26-27日)
  8. "希土類を用いた分子発光体の開発と応用" 長谷川靖哉 (招待講演), 近化エレクトロ部会R２第１回研究会「希少金属を取り巻く基礎研究と国際マーケット現状」 (WEB開催, Japan, 2020年12月3日)

報道・アウトリーチ活動・特許・その他

A03-11

  1. "希土類配位高分子：新しい光機能材料への展開" 長谷川靖哉 (招待講演), 蛍光・りん光分光セミナー(WEB開催 堀場製作所 Japan, 2021年5月11日)
  2. 長谷川靖哉「植物育成を促進する光テクノロジー　波長変換フィルムの活用」をアグリビジネス創出フェアに出展（2020.11.12）。
  3. 長谷川靖哉「光波長変換フィルム：太陽電池の高効率化」を第２０回国際ナノテクノロジー総合展（nano tech 2021）(東京ビッグサイト）に出展（2020.12.9-11）。
  4. 長谷川靖哉「強発光する希土類配位高分子の設計と応用展開」を「光化学応用講座2020－光化学からの最新フォトポリマーへの展望」で一般向けに紹介（2018.11.5）
  5. 長谷川靖哉、ツアンテン、北川裕一、発光材料、発光インク、発光体及び発光デバイス、特願2020-119391(令和２年７がつ10日出願)

国際学会発表

A03-11

  • "Temperature -sensitive Luminescence of Lanthanide coordination polymers" Y. Hasegawa (Invited), 4th International Symposium on Photofunctional Chemistry of Complex Systems (ISPCCS2021)(Hawaii, USA, Dec 11-15, 2020)

受賞

A03-11

  • 令和３年度 日本希土類学会学術賞(2020.5.19)
関連ウェブサイト
連絡先
hasegaway[at]eng.hokudai.ac.jp