| Project/Area Number |
22K05039
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
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| Research Institution | Hokkaido University of Education (2023)
Osaka Metropolitan University (2022) |
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Principal Investigator |
松岡 秀人 北海道教育大学, 教育学部, 准教授 (90414002)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大須賀 秀次 和歌山大学, システム工学部, 准教授 (50304184)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | 有機EL / りん光 / ESR / 励起三重項状態 / 室温りん光 / スピン軌道相互作用 / 電子スピン共鳴 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、平面構造を有するパイ共役分子に対してスピン軌道相互作用の定量評価を可能とする研究手法を確立し、代表者らが開発してきた室温メタルフリーりん光性有機ＥＬ発光材料の発光効率を向上させる。具体的には、1）非金属ヘテロ原子を様々な結合様式で配置したパイ共役系分子群の合成、2）代表者がこれまで独自に開発してきた国内で唯一の高周波パルス電子スピン共鳴装置の改良により、スピン軌道相互作用と強く相関した物理量の高精度決定、3）それらを指標に、スピン軌道相互作用の定量解析を可能とする量子化学計算手法の最適化、そして4）その計算手法を用いた新たな高効率メタルフリーりん光性材料の分子設計を遂行する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
重原子を含まない純有機物質は、基本的に室温でりん光を発しないという常識があった中で、研究代表者らはチオフェン環を縮合させたフェナジン系に対し、りん光が室温デバイス中で得られることを見出してきた。しかし、チオフェンやフェナジン単体では室温でりん光を示さず、パイ共役分子のスピン軌道相互作をどのように評価すべきか自明ではなく、チオフェン環の向きでりん光性が劇的に変化する理由も完全には明らかとなっていない。そこで本研究ではスピン軌道相互作用にπ共役連結法がどのように作用するのか実験と理論の両面から説明するため、本年は次のような研究を行ってきた。まず、平面性とスピン軌道相互作用の大きさとの相関を明らかにするため、平面構造を有する含チオフェン縮合環分子、ならびにねじれ構造により平面性を下げた含チオフェンおよび窒素原子のパイ共役分子系を計10種合成し、それらのＥＳＲ・発光測定、および量子化学計算による解析を行った。その結果、チオフェン環のみ含む縮環化合物4種を比較検証したところ、チオフェン環の接続方法によってりん光の有無が観測された。一方で、ねじれ構造を有する6種については、すべてにおいてりん光を観測することができ、平面性が下がってもりん光性は保てることがわかった。さらに時間分解ＥＳＲ測定から、非りん光性分子に対しても励起三重項状態を観測したことから、りん光の有無は無輻射遷移に依るところが大きいとわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
申請段階で予定していた硫黄あるいは窒素原子を有する10種の分子群すべてについて合成が修了した。また、予定していたESR測定、発光測定、量子化学計算による解析を合成したすべての分子について終えることができた。最終年度では、パイ共役のつなぎ方とスピン軌道相互作用の関係を考察できる段階にきた。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在用いている無料の量子化学計算ソフト（Orca）ではスピン軌道相互作用と輻射・無輻射遷移を直接的に関連付けることができない。そこで文献を参考に、自身のプログラムを作成し、分子構造とスピン軌道相互作用、ならびにりん光効率の相関を理論的に明らかにしていく。
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