| Project/Area Number |
23K26628
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| Project/Area Number (Other) |
23H01935 (2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 32020:Functional solid state chemistry-related
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
櫻井 庸明 京都工芸繊維大学, 分子化学系, 准教授 (50632907)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 聡 九州大学, 理学研究院, 助教 (90734963)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥18,850,000 (Direct Cost: ¥14,500,000、Indirect Cost: ¥4,350,000)
Fiscal Year 2025: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2023: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000)
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| Keywords | 蛍光 / 分子内プロトン移動 / 量子化学計算 / 励起状態 / ドーパント / ESIPT / プロトン移動 / 結合次数 |
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| Outline of Research at the Start |
有機蛍光材料の多くは、希薄溶液等の分子分散状態で高い発光効率(Φ)を示すが、固相を代表とする分子凝集状態では著しくΦが低下する。 一方、近年の凝集誘起発光という言葉に代表されるような、分子凝集状態で大きなΦを与える化合物も報告されており、それらは逆に流動媒質中・分子分散状態でΦが著しく低下する。すなわち、分子分散・凝集状態の両方で高いΦを与える有機蛍光材料は未だ珍しく、そのような蛍光 体の合理的な設計指針は確立されていない。 本研究では、このような“多状態発光"の実現を目指し、溶液・固体・ポリマー中のいずれにおいても高効率発光する有機蛍光材料を、理論/実験を統合して合理的開発する基礎研究を遂行する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ESIPT蛍光体は、ESIPT異性化の前後で異なる波長の蛍光を示す二重発光特性を示すこと、ESIPT後の蛍光はその機構に基づきエネルギーが小さいためStokesシフトの大きな長波長発光を示すこと、固体状態でも発光すること、などの特徴を有する。特に、ESIPT後の発光が主となる場合は、自己吸収をほぼゼロにできるため、固体発光材料として有望である。その一方で、溶液中ではESIPT後の無輻射失活が促進され、Φが小さいものがほとんどであった。近年、溶液中でも比較的大きなΦを示す例も報告されているものの、その分子設計指針は明らかとなっておらず、あくまでデータベース的な総説が報告されるのみであった。
研究代表者らは、ESIPT骨格として2-(2-hydroxyphenyl)benzothiazole （HBT）を採用し、、置換基により劇的にHBTのΦが上昇するという事実に気がついた。フェノール部位5位への共役置換基あるいは電子吸引性基の導入がΦ上昇の鍵であると帰納的に推察し、フェニレンエチニレン型の置換基やシアノ基を導入した誘導体を合成することで、CH2Cl2溶媒中において無置換HBTでは0.01であったΦを最大0.55まで上昇させ、類縁体である2-(2-hydroxyphenyl)benzoxazole（HBO）では0.03であったΦを最大0.72まで上昇させることに成功した。この傾向を励起状態でプロトン移動後の構造を調べることで、骨格中央のC-C結合の結合次数の増大による回転運動の抑制により、無輻射失活速度定数k(nr)を低減することが本置換基効果の鍵であることを明らかにした。
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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
理論（研究分担者）と実験（研究代表者）の融合により、励起状態分子内プロトン移動型蛍光体において溶液状態でも固体状態でも大きな蛍光量子収率を示す分子設計指針を確立し、理論的な裏付けをおこなうことができた。当初描いたようなペースで進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度以降は、本研究の２本の柱のうち２本目である極限ドープ応用の項目に取り組んでいく。設計開発したESIPT蛍光体を高濃度で液晶や高分子にドープし、自然増幅光特性やマイクロ球体レーザー、コレステリック液晶レーザーの共同研究に取り組んでいく。
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