磁気円偏光二色性分光法を用いたフタロシアニン亜鉛の電子構造と軌道角運動量の解析
フタロシアニン錯体は、磁気光学デバイスやインク、太陽電池、光触媒、光線力学的治療(PDT)など材料科学や生物医学の分野で広く応用されています1)-5)。これら光物性材料の開発において、その詳細な電子構造や磁気的性質の理解が重要です。磁気円偏光二色性(MCD)分光法は、分子の電子構造や対称性、磁気的性質に関する知見が得られる手法として知られており、特にフタロシアニンやポルフィリンのような対称性の高い構造を有する分子の特性評価に広く用いられています1)-11)。通常の円偏光二色性(CD)は、キラルな構造を有する分子特有の性質であるのに対し、MCD は外部磁場の影響を受けた分子の電子状態が、左円偏光(lcp light)と右円偏光(rcp light)に対して異なる相互作用をすることに起因していることから、不斉源の有無にかかわらず吸収を起こす全ての分子がこの性質を示します。MCD 分光法では、円二色性分散計を用いて、磁場方向と光の進行方向が平行となるファラデー配置で試料に磁場を印加し、左右円偏光の吸光度差を検出します。そして、得られた MCD スペクトルと分光光度計により得られた吸収スペクトルを解析することで、分子の電子構造や対称性、角運動量を議論することができます。ここでは、フタロシアニン亜鉛(ZnPc)の MCD と吸収スペクトルを取得し、時間依存密度汎関数法(TD-DFT 法)に基づいた計算結果と照らし合わせて、吸収過程における電子構造および軌道角運動量を解析した結果を示します。
1) LA. Andersson: Magnetic Circular Dichroism, Theory. Encyclopedia of Spectroscopy and Spectrometry (Second Edition), 1400-1406 (1999). DOI: 10.1016/B978-0-12-374413-5.00332-8
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4) BE. Williamson, TC. VanCott, ME. Boyle, GC. Misener, MJ. Stillman, PN. Schatz: J. Am. Chem. Soc., 114, 2412-2419 (1992). DOI: 10.1021/ja00033a016
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6) SB. Piepho, PN. Schatz: Group Theory in Spectroscopy with Applications to Magnetic Circular Dichroism, John Wiley & Sons Inc, 1983.
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8) TC. VanCott, JL. Rose, BE. Williamson, ME. Boyle, GC. Misener, AE. Schrimpf, PN. Schatz: J. Phys. Chem., 93, 2999-3011 (1989). DOI: 10.1021/j100345a028
9) BE. Williamson, TC. VanCott, ME. Boyle, GC. Misener, MJ. Stillman, PN. Schatz: J. Am. Chem. Soc., 114, 2412-2419 (1992). DOI: 10.1021/ja00033a016
10) K. Kobayashi, K. Nakai: Chem. Commun., 40, 4077-4092 (2007). DOI: 10.1039/b704991a
11) J. Mack, MJ. Stillman, N. Kobayashi: Coord. Chem. Rev., 251, 429-453 (2007). DOI: 10.1016/j.ccr.2006.05.011
