三重項－三重項消滅による近赤外光から可視光へのアップコンバージョン分子システム

• Project/Area Number: 15J03549
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Polymer/Textile materials
• Research Institution: Kanazawa University (2017); Kyushu University (2015-2016)
• Principal Investigator: 雨森 翔悟 金沢大学, 新学術創成研究機構, 助教
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2017: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2016: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2015: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: アップコンバージョン / 三重項-三重項消滅 / 近赤外光 / 三重項増感剤 / 太陽電池 / 光触媒 / 三重項三重項消滅 / 遅延蛍光 / 量子ドット / 三重項 / 有機金属錯体 / 自己集合 / 光線力学療法

Outline of Annual Research Achievements

三重項-三重項消滅を利用したフォトン・アップコンバージョン(TTA-UC)は、太陽光のような低強度の光を励起光として利用可能であるため、近年盛んに研究が行われている。実際に可視光から可視光へのTTA-UCに関してはこれまでに高効率な分子系が多数報告されている。一方で近赤外光から可視光へのTTA-UCは太陽電池の効率向上や光触媒等の応用上重要な波長域にもかかわらず、その報告例は少なく、また報告されているTTA-UC効率は依然として低いままである。そこで本研究では高効率な近赤外光から可視光へのTTA-UCを達成する分子系の構築を目的とした。本年度は上述の目的を達成するために、「低いエネルギー損失で有機物の三重項を増感可能な半導体ナノ粒子(CdSe/CdS, PbS)」と、「色素（アントラセンもしくはテトラセン）が整然と配列し、高速な三重項エネルギー移動が期待される多孔性配位高分子」との複合体を利用したTTA-UC系に関する研究を行った。半導体ナノ粒子による適用波長域の拡大（長波長化）と多孔性配位高分子によるTTA効率の向上を期待した。結果として、半導体ナノ粒子と多孔性配位高分子の複合化に成功し（HR-TEM、EDX元素マッピングにより確認）、可視光から可視光、近赤外光から可視光へのTTA-UCが達成された。本系は半導体ナノ粒子と多孔性配位高分子の複合体によるTTA-UCの初めての例である。半導体ナノ粒子の凝集等により高いTTA-UC効率は得られなかったが、半導体ナノ粒子と多孔性配位高分子の複合化後もそれぞれの有利な点が保持されていることが示唆されており、今後半導体ナノ粒子の分散性向上により高効率な近赤外光から可視光へのTTA-UCが期待される。なおこの研究成果は本年度にジャーナルに発表された(研究成果1)。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ケンブリッジ大学(英国)
• [Int'l Joint Research] ケンブリッジ大学(英国)
• [Journal Article] Hybridizing semiconductor nanocrystals with metal?organic frameworks for visible and near-infrared photon upconversion (2018)
  • Author(s): Amemori Shogo、Gupta Rakesh Kumar、Bohm Marcus Leo、Xiao James、Huynh Uyen、Oyama Tomoki、Kaneko Kenji、Rao Akshay、Yanai Nobuhiro、Kimizuka Nobuo
  • Journal Title: Dalton Transactions Volume: 印刷中 Issue: 26 Pages: 8590-8594
  • DOI: 10.1039/c7dt04794k
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Near Infrared-to-Visible Photon Upconversion Sensitized by a Metal Complex with Spin-Forbidden yet Strong S0-T1 Absorption (2016)
  • Author(s): Shogo Amemori, Yoichi Sasaki, Nobuhiro Yanai, and Nobuo Kimizuka
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 138 Issue: 28 Pages: 8702-8705
  • DOI: 10.1021/jacs.6b04692
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Triplet energy migration-based photon upconversion by amphiphilic molecular assemblies in aerated water (2016)
  • Author(s): Hironori Kouno, Taku Ogawa, Shogo Amemori, Prasenjit Mahato, Nobuhiro Yanai and Nobuo Kimizuka
  • Journal Title: Chem. Sci. Volume: 7 Issue: 8 Pages: 5224-5229
  • DOI: 10.1039/c6sc01047d
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Metallonaphthalocyanines as triplet sensitizers for near-infrared photon upconversion beyond 850 nm (2015)
  • Author(s): Shogo Amemori, Nobuhiro Yanai, Nobuo Kimizuka
  • Journal Title: Physical Chemistry Chemical Physics Volume: 17 Issue: 35 Pages: 22557-22560
  • DOI: 10.1039/c5cp02733k
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 強いスピン禁制遷移を有するOs錯体を利用した近赤外から可視光へのフォトン・アップコンバージョン (2016)
  • Author(s): 雨森翔悟、楊井伸浩、君塚信夫
  • Organizer: 第96回日本化学会春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学 （京都府、京田辺市）
  • Year and Date: 2016-03-24
• [Presentation] New Chromophore Systems for Near Infrared-to-Visible and Visible-to-UV Photon Upconversion (2015)
  • Author(s): Shogo Amemori, Nobuhiro Yanai, Duan Pengfei, Nobuo Kimizuka
  • Organizer: Pacifichem2015
  • Place of Presentation: Honolulu, Hawaii (USA)
  • Year and Date: 2015-12-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] メタロナフタロシアニンをドナーとする近赤外-可視フォトン・アップコンバージョン (2015)
  • Author(s): 雨森翔悟、楊井伸浩、君塚信夫
  • Organizer: 光化学討論会2015
  • Place of Presentation: 大阪市立大学（大阪府、大阪市）
  • Year and Date: 2015-09-09
• [Presentation] NIR to Visible Photon Upconversion Based on Triplet Triplet Annihilation with Metallonaphthalocyanines Donors (2015)
  • Author(s): Shogo Amemori, Duan Pengfei, Nobuhiro Yanai, Nobuo Kimizuka
  • Organizer: 12th International Symposium on Functional Pi-Electron Systems
  • Place of Presentation: University of Washington (USA)
  • Year and Date: 2015-07-19
  • Int'l Joint Research