Anisotropic triplet exciton diffusion inside structurally controlled solid-state materials with photon upconversion

• Project/Area Number: 17K05852
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Functional solid state chemistry
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: Mizokuro Toshiko 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (90358101)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2018: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2017: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: 光物性 / 構造・機能材料 / 複合材料・物性 / 光アップコンバージョン / 励起子拡散長 / 光物性、構造 / 機能材料 / 励起子拡散

Outline of Final Research Achievements

We demonstrated fabrication of solid-state materials which showed emission derived from triplet-triplet annihilation photon upconversion (TTA-UC). We synthesized novel materials for UC and evaluated UC characteristics of these materials in solution and in cast films. Films with nano-structures in depth were also fabricated and their UC quantum yields with the nano-structures were higher than those without the nano-structures. This result indicated that the nano-structures in depth could enhance diffusion of triplet excitons in depth.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

TTA過程を利用したUCを示す分子固体材料へ、制御された方法で異方性を導入することにより、その異方性が光UC特性に与える影響を解明した。これらの結果に基づき固体発光体材料の構造設計をすると、固体TTA-UC材料の高効率発光に寄与する。TTA現象を利用すると、低消費電力型のEL素子開発や総合的な太陽光エネルギー利用効率の向上による有機薄膜太陽電池の高効率化などにも寄与できると考えられ、構造に起因する発光機構などの解明にも大きく寄与する。また、本研究で見出した新規発光体分子は、生体イメージングへの応用展開できる。このように、オプトエレクトロニクス分野における学術的意義および産業的意義は大きい。

Research Products

• [Journal Article] Triplet-triplet annihilation upconversion through triplet energy transfer at a nanoporous solid-liquid interface (2020)
  • Author(s): Mizokuro Toshiko、Abulikemu Aizitiaili、Suzuki Kengo、Sakagami Yusuke、Nishii Ritsuki、Jin Tetsuro、Kamada Kenji
  • Journal Title: Physical Chemistry Chemical Physics Volume: 22 Issue: 32 Pages: 17807-17813
  • DOI: 10.1039/d0cp01735c
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Enhanced phosphorescence properties of Pt-porphyrin derivative fixed on the surface of nano-porous glass (2018)
  • Author(s): Toshiko Mizokuro, Aizitiaili Abulikemu, Yusuke Sakagami, Tetsuro Jin, Kenji Kamada
  • Journal Title: Photochemical & Photobiological Sciences Volume: 17 Issue: 5 Pages: 622-627
  • DOI: 10.1039/c7pp00449d
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Synthesis and upconversion property of platinum-containing poly(norbornene)s bearing naphthalimide moieties (2021)
  • Author(s): 曽谷 太一、溝黒 登志子、曽川 洋光、三田 文雄
  • Organizer: 第70回高分子学会年次大会
• [Presentation] ナフタルイミド部位を有する含白金高分子の合成と光電気特性 (2020)
  • Author(s): 曽谷 太一、溝黒 登志子、三田 文雄
  • Organizer: 第69回高分子学会年次大会
• [Presentation] ナフタルイミド部位を有する含白金高分子の合成と光電気特性 (2020)
  • Author(s): 曽谷 太一、溝黒 登志子、曽川 洋光、三田 文雄
  • Organizer: 第69回高分子討論会
• [Presentation] Triplet-triplet annihilation upconversion (TTA-UC) by triplet energy transfer through solid-liquid interface (2019)
  • Author(s): 溝黒 登志子、鎌田 賢司
  • Organizer: 15th International Conference on Frontiers of Polymers and Advanced Materials (ICFPAM 2019)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 配向ポリチオフェン膜上に真空蒸着したジフェニルアントラセン誘導体の配向評価 (2019)
  • Author(s): 金坂 青葉、溝黒 登志子、宮寺 哲彦、小金澤 智之、小林 健二、鎌田 賢司、西川 浩之、阿澄 玲子
  • Organizer: 第68回高分子討論会
• [Presentation] Triplet-triplet annihilation photon upconversion (TTA-UC) by triplet energy transfer (TET) through solid-liquid interface (2019)
  • Author(s): 溝黒 登志子、ABULIKEMU AIZITIAILI、阪上 裕介、西居 律紀、鈴木 健吾、神 哲郎、鎌田 賢司
  • Organizer: Final International Symposium on Photosynergetics, Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 面内配向したポリチオフェン膜上に真空蒸着したジフェニルアントラセン誘導体分子の配向評価 (2019)
  • Author(s): 金坂 青葉・溝黒 登志子・宮寺 哲彦・小金澤 智之・小林 健二・鎌田 賢司・西川 浩之・阿澄 玲子
  • Organizer: 日本化学会 第99春季大会
• [Presentation] 固液界面での三重項エネルギー移動による光アップコンバージョン (2019)
  • Author(s): 溝黒 登志子、ABULIKEMU AIZITIAILI、鈴木 健吾、阪上 裕介、西居 律紀、神 哲郎、鎌田 賢司
  • Organizer: 高次複合光応答第8回公開シンポジウム
• [Presentation] ナノ細孔表面に固定した増感体と溶液中の発光体による光アップコンバージョンとそれらの間の三重項エネルギー移動ダイナミクス (2018)
  • Author(s): 溝黒 登志子、ABULIKEMU AIZITIAILI、鈴木 健吾、阪上 裕介、西居 律紀、神 哲郎、鎌田 賢司
  • Organizer: 2018年光化学討論会
• [Presentation] Photon upconversion properties of sensitizer dye fixed on the surface of nano-porous glass (2018)
  • Author(s): 溝黒 登志子、ABULIKEMU AIZITIAILI、鈴木 健吾、阪上 裕介、西居 律紀、神 哲郎、鎌田 賢司
  • Organizer: The IUPAC symposium in Photochemistry
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Photon upconversion of phosphorescence dye loaded on the surface of nano-porous glass (2018)
  • Author(s): 溝黒 登志子、ABULIKEMU AIZITIAILI、鈴木 健吾、阪上 裕介、西居 律紀、神 哲郎、鎌田 賢司
  • Organizer: 2nd International Symposium on Photosynergetics, Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 細孔表面に増感体色素を固定化したナノ多孔質ガラスを用いた光アップコンバージョン (2018)
  • Author(s): 溝黒登志子, アブリケム アイズイティアイリ, 鈴木健吾,阪上裕介,西居律紀,神哲郎, 鎌田賢司
  • Organizer: 新学術領域「高次複合光応答システムの開拓と学理の構築」第6回公開シンポジウム
• [Presentation] ナノ多孔質ガラスの細孔表面に固定化した増感体色素を用いた光アップコンバージョン特性の評価 (2017)
  • Author(s): 溝黒登志子, アブリケム アイズイティアイリ, 鈴木健吾,阪上裕介,西居律紀,神哲郎, 鎌田賢司
  • Organizer: 2017年光化学討論会
• [Presentation] ナノ多孔質ガラスの細孔表面に固定化した増感体色素を用いた三重項-三重項光アップコンバージョン (2017)
  • Author(s): 溝黒登志子, 阪上裕介, 西居律紀,アブリケム アイズイティアイリ, 鈴木健吾,神哲郎, 鎌田賢司
  • Organizer: 第66回高分子学会年次大会
• [Book] Photosynergetic Responses in Molecules and Molecular Aggregates, Chapter 3: Photosynergetic effects on triplet-triplet annihilation upconversion processes in solid revealed by theory and experiments (2020)
  • Author(s): Kenji Kamada, Ryuma Sato, Toshiko Mizokuro, Hirotaka Kito-Nishioka, Yasuteru Shigeta
  • Total Pages: 617
  • Publisher: Springer
  • ISBN: 9789811554513
• [Book] Photosynergetic Responses in Molecules and Molecular Aggregates (Chapter 3) (2020)
  • Author(s): Kenji Kamada, Ryuma Sato, Toshiko Mizokuro, Hirotaka Kito-Nishioka, Yasuteru Shigeta
  • Total Pages: 617
  • Publisher: Springer
  • ISBN: 9789811554506
• [Remarks] 国立研究開発法人産業技術総合研究所 電子光基礎技術研究部門 分子集積デバイスグループ ホームページ
  • URL: https://unit.aist.go.jp/riaep/mol-asmbly/
• [Remarks] 国立研究開発法人産業技術総合研究所 電子光技術研究部門 分子集積デバイスグループ ホームページ
  • URL: https://unit.aist.go.jp/esprit/mol-assy/
• [Patent(Industrial Property Rights)] アップコンバージョン型蛍光を発する発光材料 (2021)
  • Inventor(s): 園田 与理子,溝黒 登志子、則包 恭央
  • Industrial Property Rights Holder: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2021-056657
  • Filing Date: 2021