Molecular design for aggregation induced emission in view of vibronic coupling density

• Project Area: Application of Cooperative-Excitation into Innovative Molecular Systems with High-Order Photo-functions
• Project/Area Number: 17H05259
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 佐藤 徹 京都大学, 福井謙一記念研究センター, 教授 (70303865)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2018: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2017: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: 振電相互作用 / 凝集誘起発光 / 蛍光 / 内部転換 / 有機EL / 分子設計 / 無輻射遷移 / 量子収率 / 電子・電気材料

Outline of Annual Research Achievements

凝集にともない発光する、凝集誘起発光(Aggregation-Induced Emission Enhancement：AIEE)の解明は、高次光機能集合系の合理的構築に望ましいが、分子構造とAIEEの一般的な関係はほとんど分かっていない。AIEEが発現している状態では、分子の周辺環境とのシナジー効果により振電相互作用(電子-分子振動相互作用)が小さく無輻射遷移が抑制されていると考えられる。本研究は、振電相互作用における凝集の効果を分子構造との一般的な関係として理解することを目的としている。
1-cyano-1,2-bis(pyridylphenyl)ethene (CNBE)における凝集誘起発光(AIEE)の解明を目指し、振電相互作用密度(VCD)解析を行った。AIEEが励起電子状態の擬縮退に起因する内部転換の抑制よることを明らかにした。振電相互作用定数(VCC)の減少により内部転換は抑制される。結晶中のCi対称性により擬縮退しているフロンティア軌道は二分子にわたり非局在化し、VCDも二分子にわたって非局在化する。その空間積分によって与えられるVCCは、一分子で得られたVCCの約1/√2倍となった。すなわち、凝集によって分子が対称性を持つオリゴマーを形成することで、その電子状態は擬縮退し、内部転換が抑制される。
また、ビスアントラセン誘導体のVCD解析に基づき、高次三重項状態を利用した有機EL素子の新規な発光機構であるFvHT機構を提案した。
これら本研究で得られた知見は有機EL素子等における新規発光材料の合理的分子設計に有用なものである。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Model building of metal oxide surfaces and vibronic coupling density as a reactivity index: Regioselectivity of CO2 adsorption on Ag-loaded Ga2O3 (2019)
  • Author(s): Y. Kojima W. Ota K. Teramura S. Hosokawa T. Tanaka T. Sato
  • Journal Title: Chem. Phys. Lett. Volume: 715 Pages: 239-243
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2018.11.036
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Absence of delayed fluorescence and triplet-triplet annihilation in organic light emitting diodes with spatially orthogonal bianthracenes (2019)
  • Author(s): Y-J. Pu R. Satake Y. Koyama T. Otomo R. Hayashi N. Haruta H. Katagiri D. Otsuki D. Kim T. Sato
  • Journal Title: J. Mater. Chem. C Volume: 7 Issue: 9 Pages: 2541-2547
  • DOI: 10.1039/c8tc05817b
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A luminescent organic radical with two pyridyl groups: high photostability and dual stimuli-responsive properties, with theoretical analyses of photophysical processes (2018)
  • Author(s): Kimura Shun、Tanushi Akira、Kusamoto Tetsuro、Kochi Shuntaro、Sato Tohru、Nishihara Hiroshi
  • Journal Title: Chemical Science Volume: 9 Issue: 7 Pages: 1996-2007
  • DOI: 10.1039/c7sc04034b
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Applications of Vibronic Coupling Density (2018)
  • Author(s): W. Ota T. Sato
  • Journal Title: J. Phys. Conf. Volume: 1148 Pages: 0120041-13
  • DOI: 10.1088/1742-6596/1148/1/012004
  • NAID: 120006697644
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Near Infrared Light Induced Plasmonic Hot Hole Transfer at a Nano-Heterointerface (2018)
  • Author(s): Z. Lian M. Sakamoto H. Matsunaga J. J. M. Vequizo A. Yamakata M. Haruta H. Kurata W. Ota T. Sato T. Teranishi
  • Journal Title: Nat. Commun. Volume: 9 Issue: 1 Pages: 23141-7
  • DOI: 10.1038/s41467-018-04630-w
  • NAID: 120006488580
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Quadratic Jahn-Teller effect of fullerene anions (2018)
  • Author(s): D. Liu Y. Niwa N. Iwahara T. Sato L. F. Chibotaru
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 98 Issue: 3 Pages: 0354021-9
  • DOI: 10.1103/physrevb.98.035402
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Regioselectivity of H₂ Adsorption on Ga₂O₃ Surface Based on Vibronic Coupling Density Analysis (2018)
  • Author(s): W. Ota K. Teramura S. Hosokawa T. Tanaka T. Sato
  • Journal Title: Journal of Computer Chemistry, Japan Volume: 17 Issue: 3 Pages: 138-141
  • DOI: 10.2477/jccj.2018-0033
  • NAID: 130007499478
  • ISSN: 1347-1767, 1347-3824
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Growth Mechanism of (6,5) Carbon Nanotube: Edge Structures and their Regioselectivities (2019)
  • Author(s): ○西川智裕,佐藤徹,春田直毅,兒玉健,阿知波洋次
  • Organizer: 第55回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
• [Presentation] 表面反応の領域選択性の反応性指標としての振電相互作用密度 (2018)
  • Author(s): ○大田航,小島弥朗,佐藤徹
  • Organizer: 日本コンピューター化学会2018春季年会
• [Presentation] 半無限固体表面上における吸着分子の有効電子ハミルトニアン (2018)
  • Author(s): ○大田航,佐藤徹
  • Organizer: 日本コンピューター化学会2018秋季年会
• [Presentation] Vibronic Coupling Densities in Excited States and Their Applications (2018)
  • Author(s): ○T.Sato
  • Organizer: XXIVth International Symposium on the Jahn-Teller Effect (JT2018)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 高次三重項状態からの逆系間交差を利用した発光分子の理論設計 (2018)
  • Author(s): ○佐藤徹
  • Organizer: 関西学院大学理工学部講演会
  • Invited
• [Presentation] 高次三重項状態からの逆系間交差を利用した発光分子の理論設計 (2018)
  • Author(s): ○佐藤徹
  • Organizer: 応用物理学会関西支部セミナー
  • Invited
• [Presentation] 表面反応の領域選択性の反応性指標としての振電相互作用密度 (2018)
  • Author(s): ○大田 航 小島 弥朗 佐藤 徹
  • Organizer: 日本コンピューター化学会2018春季年会
• [Presentation] 半無限固体表面上における吸着分子の有効電子ハミルトニアン (2018)
  • Author(s): ○大田 航 佐藤 徹
  • Organizer: 日本コンピューター化学会2018秋季年会
• [Presentation] Growth Mechanism of (6 (2018)
  • Author(s): ○西川智裕 佐藤 徹 春田 直毅 兒玉 健 阿知波 洋次
  • Organizer: 5) Carbon Nanotube: Edge Structures and their Regioselectivities 第55回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
• [Presentation] Vibronic Coupling Densities in Excited States and Their Applications (2018)
  • Author(s): ○T. Sato
  • Organizer: XXIVth International Symposium on the Jahn-Teller Effect (JT2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 高次三重項状態からの逆系間交差を利用した発光分子の理論設計 (2018)
  • Author(s): ○佐藤 徹
  • Organizer: 関西学院大学理工学部講演会
  • Invited
• [Presentation] 高次三重項状態からの逆系間交差を利用した発光分子の理論設計 (2018)
  • Author(s): ○佐藤 徹
  • Organizer: 応用物理学会関西支部セミナー
  • Invited