Nonradiative Transition Beyond Energy-Gap Law in Fused-Ring pi-Conjugated Molecules
| Project/Area Number |
22K19062
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 35:Polymers, organic materials, and related fields
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
大北 英生 京都大学, 工学研究科, 教授 (50301239)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
KIM HYUNGDO 京都大学, 工学研究科, 助教 (80837899)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | 縮環系共役分子 / 蛍光寿命 / 発光量子収率 / 輻射遷移速度 / 無輻射遷移速度 / 温度依存性 / エネルギーギャップ則 / 再配向エネルギー / 凝集状態 / 縮環系π共役分子 / 共役高分子 / 無輻射遷移 / 凝集構造 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究の概要は、縮環系π共役分子に対する無輻射遷移速度のエネルギーギャップ依存性が、共役高分子などの他の系に比べて緩やかな依存性を示す起源を解明することである。さらに、エネルギーギャップ則から大きくはずれ、無輻射遷移速度が大幅に抑制される縮環系π共役分子に共通する因子に着目し、背後にある機構の解明にも取り組む。つまり、縮環系π共役分子におけるエネルギーギャップ則を理解するとともにそれを打ち破るための学理を探究する研究である。
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和5年度は、バンドギャップエネルギーの異なる種々の縮環系π共役分子として低分子のみならず共役高分子に対して蛍光寿命ならびに発光量子収率の温度依存性を測定することによって輻射ならびに無輻射遷移速度を系統的に検討した。その結果、共役高分子については溶液中において分子分散しているものと凝集形態をとるものが存在することを明らかにした。室温で分子分散状態でありコイル状の分子鎖形態をとる共役高分子では、吸収および発光スペクトルともに昇温とともに発光強度が低下するものの温度依存性はわずかであり、輻射ならびに無輻射遷移速度の温度依存性も限定的であった。これに対して、室温で凝集形態をとる共役高分子では、昇温とともに吸収および発光スペクトルともに大きく短波長シフトするとともに発光強度は大きく増加した。この結果は、発光量子収率の低い凝集状態から発光量子収率の高い分散状態へと分子鎖形態が変化していることに起因すると考えられる。縮環構造が大きく発達したモノマーユニットからなる共役高分子の場合、昇温により吸収および発光スペクトルともにほとんど変化を示さず、輻射ならびに無輻射遷移速度の温度依存性も見られなかった。これは、測定した温度範囲では凝集形態が解消されることがなかったためであると考えられ、縮環構造が大きく発達した主鎖構造は分子鎖間相互作用が極めて大きいことを示している。その結果、無輻射遷移速度が大きく抑制され、長寿命励起状態が実現されていることが分かった。また、バンドギャップエネルギーの異なる共役高分子について分子分散状態のものに統一して、無輻射遷移速度のエネルギーギャップ依存性を検証したところ、明確なエネルギーギャップ依存性は見られなかった。これは、再配向エネルギーの大きな分子群と小さな分子群が混在しているためであり、それぞれの分子群ではエネルギーギャップ依存性が成立していることが示唆された。
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Report
(2 results)
Research Products
(31 results)
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[Journal Article] Spontaneous-Symmetry-Breaking Charge Separation Induced by Pseudo-Jahn-Teller Distortion in Organic Photovoltaic Material2023
Author(s)
Takeaki Zaima Takeaki Zaima Fukui Institute for Fundamental Chemistry, Kyoto University, Takano Nishibiraki-cho 34-4, Sakyo-ku, Kyoto 606-8103, Japan Department of Molecular Engineering, Graduate School of EngiTakeaki Zaima , Wataru Ota, Naoki Haruta, Motoyuki Uejima, Hideo Ohkita, Tohru Sato
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Journal Title
J. Phys. Chem. Lett.
Volume: 14
Issue: 43
Pages: 9706-9712
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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