| Project/Area Number |
22KJ2393
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| Project/Area Number (Other) |
21J21739 (2021-2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2021-2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 32020:Functional solid state chemistry-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
原田 直幸 九州大学, 工学府, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2023: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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| Keywords | フォトン・アップコンバージョン / 三重項状態 / 可視光 / 紫外光 / 低励起光強度 / 多孔質フィルム / ナフタレン誘導体 / 紫外発光体 |
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| Outline of Research at the Start |
フォトン・アップコンバージョンは光エネルギーを有効に活用するための戦略の一つであり、光触媒や太陽電池における光変換効率の向上や生体イメージング技術への応用が可能である。これまでに溶液系として高効率なアップコンバージョン材料が多く研究されてきたが、応用化には固体系材料の開発が必要である。本研究では、新規色素の探索や分子性材料の設計を行うことで、溶液系の発光特性を向上させるとともにフィルムや結晶状態においても高効率な発光を示すアップコンバージョン材料の開発を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
有機分子の三重項状態によって引き起こされる三重項-三重項消滅（TTA）現象は吸収した光のエネルギーをより高いエネルギーの光に変換する（フォトン・アップコンバージョン）機構の一つである。TTAに基づくフォトン・アップコンバージョン（TTA-UC）は太陽光強度（~mW/cm2）の光で駆動させることができるため、太陽電池や光触媒と組み合わせることでデバイスの光利用効率を高めることが可能である。これまでに申請者らは高効率な可視-紫外TTA-UCを示す分子性材料の開発に成功している。前々年度と前年度には、紫外発光性アクセプター色素をペロブスカイトナノ粒子や重金属を含まないドナー色素と組み合わせることで、緑色光から紫外光へのアップコンバージョンや重金属フリーTTA-UCを達成してきた。また、低揮発性TTA-UC溶液とポーラスフィルムから構成されるフィルム材料を作製し、高効率なアップコンバージョン効率を得ることに成功した。このフィルムはマイクロレンズアレイと組み合わせることで、太陽光よりもさらに弱い光でもTTA-UCを駆動させることができた。これらの材料は高いアップコンバージョン性能を示すが、TTA-UC性能を本質的に向上させるためにはアップコンバージョンの発光色素を探索、拡張することが必要である。
本年度は、新規アップコンバージョン色素の探索、合成および評価を試みた。これまではナフタレンに三重結合を有する分子骨格を利用してきたが、分子設計の拡張性が低いため、エネルギー状態が類似した分子構造をDFT計算も行いながら探索した。結果として、高い蛍光量子収率や高いアップコンバージョン効率を示す発光色素を得ることができた。今回の知見は、光化学分野における分子設計に活かすことができるものであり、TTA-UCの応用化に資するものであると考えられる。
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