球形分子フラーレン類の中で最もポピュラーなC60分子の結合様式はサッカーボールの模様と同じように六角形と五角形の組み合わせで、その分子構造の美しさは多くの研究者を魅了しました。C60分子の大量合成に成功し、市販されるようになったのは1990年頃からで、このフラーレンが超電導を示すことなども見出されて活発に研究され、実験的にこのフラーレンを発見した3名が1996年にノーベル賞を受賞したことはご存知の方も多いと思います。初期の研究は、フラーレン類そのものや、フラーレン類と添加物を混ぜて新たな物性を探索するものが主に行われており、続いて発見されたカーボンナノチューブとも相まって、カーボンナノクラスターの研究は今も相変わらず活発に行われています。

　全て炭素のみからなるC60を代表とするフラーレン分子はいかにも無機質的な印象を与えますが、実は、あたかもエチレンと同じような反応性を示す有機化合物的側面も持ち合わせています。このフラーレンにいろいろな機能を持つ分子を結合した、化学修飾フラーレンが多数合成されるようになってきています。その研究のターゲットは多方面にわたり、薬物を目指すものから、新たな太陽電池に応用するものまで多種多様であります。

　化学修飾したフラーレン（おもにC60分子）は、光で誘起された電子移動過程において今までにない利点のあることがわかってきて、多くの研究者によって種々の誘導体が合成されるようになりました。これらの研究の目標は、光によって効率良く分子内で電子と正電荷が分離した状態となり、その状態を出来るだけ長く保つことによって、いわゆる人工光合成系のモデルや太陽電池として役立つ分子を設計することです。そのため、電荷分離状態の寿命を正確に測定することが重要になってきました。

　私どもの研究室は光化学分野でも、極短パルスレーザーを利用して光励起した直後の分子内や分子間における電子の流れの時間変化をピコ秒（一兆分の一秒）という短い時間から追跡することを専門としていました。そこで、興味のおもむくままC60分子や化学修飾フラーレン分子も研究対象として取り上げてきました。私どもの研究室でも独自な観点から比較的簡単な新化学修飾C60分子を設計し、思いがけず、長寿命の電荷分離状態を見出すことができたことから、その応用研究にも目を向けるようになりました。

　このような研究を通じて、私どもの研究室のレーザー装置が化学修飾フラーレン分子の光化学反応や電子の移動測定に適していることが、国内外の研究者に認められることとなり、共同研究の依頼が急速に増加してきました。2000年から2004年の5年間で電荷分離状態の寿命測定に成功して、電子やホールの流れを解明し学術論文として発表したものは150報を超えました。
　このようなメカニズムの解明が、さらに新たな分子設計の指針となり、多くの分子が合成され、研究が進展してきます。電荷分離の寿命もこの5年間で数ナノ秒（数億分の1秒）程度からマイクロ秒（10万分の1秒）のオーダーまで飛躍的に伸びてきまして、太陽電池としての応用研究も盛んに行われています。

　近年、有機合成の専門家は多数の美しいC60化合物の合成に次々と成功していています。この紙面には書ききれないような複雑で大きな分子が多くなってきています。ここでは、私どもの研究室のレーザー装置で電子や正電荷の移動の様子を追跡して、電荷分離状態が30マイクロ秒程度まで保持されることが解明された分子（広島大学大坪教授らによって合成されました）を左図に示しました。

右端がC60、左端がポルフィリン、両者を繋いでいるのがチオフェン分子が12個連なった長鎖分子で、ポルフィリンが光を吸収するアンテナの役割（1）とC60へ電子を与える役割を持っていて、ポルフィリンに正電荷、C60に電子が発生する電荷分離（2）の状態となります。その後、正電荷がチオフェン長鎖分子へ移動し（3）、C60の電子と再結合して（4）、元の状態に戻ります。この間の時間がマイクロ秒からミリ秒と長いほど、電子や正電荷を外部に取り出したり、添加物と反応するチャンスが増え、有用な分子となります。