2020 Fiscal Year Annual Research Report
Wideband Transient Absorption Spectroscopy for the Analysis of Dynamic Exciton
Project Area | Dynamic Exciton: Emerging Science and Innovation |
Project/Area Number |
20H05838
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Research Institution | Toyota Technological Institute |
Principal Investigator |
山方 啓 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60321915)
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Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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Keywords | 時間分解分光計測 / キャリアダイナミクス / 有機太陽電池 / 発光材料 / エキシトン |
Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、紫外から中赤外域の過渡吸収分光計測をフェムト秒から秒の時間領域で行うことで、有機太陽電池や有機発光素子、熱活性化遅延蛍光分子の性能を支配するドナー・アクセプター相互作用系における光キャリアの動きを解明することである。ここでは、従来広く行われている可視域の時間分解分光計測の他、中赤外領域の時間分解計測を行い、分子振動にカップルした電荷移動過程の解明にも取り組む。 このような研究を実現するために、初年度はまず装置の拡充に取り組んた。中赤外領域の時間分解分光計測において、分子振動を選択的に励起するためには、線幅が数cm-1と狭く、なおかつ、高いパワーを有する赤外パルスが必要である。そこで本研究では、エネルギー幅が狭く、なおかつ、高いパワーを有するピコ秒Nd:YAGレーザーを用いた赤外波長変換器を自作し、3800~1300 cm-1の領域で200 uJ/pulseのパワーが出力できるシステムを実現した。また、分子の振動励起状態を観察するには、広帯域赤外パルスをプローブ光に用いた時間分解赤外吸収スペクトルを測定する必要がある。そこで本研究では市販の差周波発生装置を用いたフェムト秒中赤外パルスの他に、フィラメンテーション法による超広帯域中赤外パルスの発生に取り組んだ。その結果、前者の方法では300 cm-1程度のスペクトル幅しか出せなかったが、後者の方法では半値幅が3000 cm-1を超える赤外パルスを発生させることができた。また、これらの2つのレーザーシステムを電気的に制御することで、5 ps以内のジッターで同期を取ることができ、比較的安価な方法で赤外ポンプ・赤外プローブの実験を行うことができるシステムを実現した。次年度以降はこれらのシステムを利用して様々なドナー・アクセプター相互作用系における光キャリアの再結合や電荷分離過程、電荷輸送機構の解明に取り組む。
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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
800 nmとその倍波である400 nmのフェムト秒レーザーパルスを空気中で同軸に集光して中赤外レーザーパルスを発生させるフィラメンテーション法はまだ一般的に普及していないが、問題なく発生できることを確認した。また、この方法で発生した中赤外パルスの安定性は、非線形光学結晶を用いた差周波発生法で発生させたものと比べても遜色がなく、十分に時間分解赤外分光計測に利用可能であることを確認した。
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Strategy for Future Research Activity |
時間分解赤外分光装置の開発と同時に有機太陽電池や熱活性化遅延蛍光分子の可視域の時間分解分光計測を同時に進めてきたが、今後は、同じ条件で中赤外域の時間分解計測を行う。分子の局所的な構造変化や電子密度の変化に敏感な中赤外域の結果を比較検討することで、光キャリアの挙動をより詳しく解析することが可能になる。
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Research Products
(113 results)
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[Journal Article] Enhanced Overall Water Splitting by a Zirconium-Doped TaON-Based Photocatalyst2022
Author(s)
Jiadong Xiao, Shinji Nishimae, Junie Jhon M. Vequizo, Mamiko Nakabayashi, Takashi Hisatomi, Huihui Li, Lihua Lin, Naoya Shibata, Akira Yamakata, Yasunobu Inoue, Kazunari Domen
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Journal Title
Angewandte Chemie International Edition
Volume: 2022
Pages: e202116573
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Manipulation of charge carrier flow in Bi4NbO8Cl nanoplate photocatalyst with metal loading2022
Author(s)
Kanta Ogawa, Ryota Sakamoto, Chengchao Zhong, Hajime Suzuki, Kosaku Kato, Osamu Tomita, Kouichi Nakashima, Akira Yamakata, Takashi Tachikawa, Akinori Saeki, Hiroshi Kageyama, Ryu Abe
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Journal Title
Chemical Science
Volume: 13
Pages: 3118-3128
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Effect of Terminal-Group Halogenation of Naphthalene-Based Nonfullerene Acceptors on Their Film Structure and Photophysical and Photovoltaic Properties2021
Author(s)
Tomokazu Umeyama, Tatsuho Wada, Kensho Igarashi, Kosaku Kato, Akira Yamakata, Taiki Takeyama, Yuji Sakamoto, Yasunari Tamai, Hideo Ohkita, Keiichi Ishida, Tomoyuki Koganezawa, Shunsuke Ohtani, Kazuo Tanaka, Hiroshi Imahori
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Journal Title
ACS APPlied Energy Materials
Volume: 4
Pages: 14022-14033
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Control of the Photocatalytic Activity of Metastable Layered Oxynitride K2LaTa2O6N through Topochemical Transformation of Tuned Oxide Precursors2021
Author(s)
Hiroto Mogi, Kosaku Kato, Shuhei Yasuda, Tomoki Kanazawa, Akinobu Miyoshi, Shunta Nishioka, Takayoshi Oshima, Ya Tang, Toshiyuki Yokoi, Shunsuke Nozawa, Akira Yamakata, Kazuhiko Maeda
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Journal Title
Chemistry of Materials
Volume: 33
Pages: 6443-6452
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Surface Modifications of (ZnSe)0.5(CuGa2.5Se4.25)0.5 to Promote Photocatalytic Z-Scheme Overall Water Splitting2021
Author(s)
Shanshan Chen, Junie Jhon M Vequizo, Zhenhua Pan, Takashi Hisatomi, Mamiko Nakabayashi, Lihua Lin, Zheng Wang, Kosaku Kato, Akira Yamakata, Naoya Shibata, Tsuyoshi Takata, Taro Yamada, Kazunari Domen
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Journal Title
Journal of the American Chemical Society
Volume: 143
Pages: 10633-10641
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Simultaneously Tuning the Defects and Surface Properties of Ta3N5 Nanoparticles by Mg-Zr Codoping for Significantly Accelerated Photocatalytic H2 Evolution2021
Author(s)
Jiadong Xiao, Junie Jhon M. Vequizo, Takashi Hisatomi, Jabor Rabeah, Mamiko Nakabayashi, Zheng Wang, Qi Xiao, Huihui Li, Zhenhua Pan, Mary Krause, Nick Yin, Gordon Smith, Naoya Shibata, Angelika Bruckner, Akira Yamakata, Tsuyoshi Takata, Kazunari Domen
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Journal Title
Journal of the American Chemical Society
Volume: 143
Pages: 10059-10064
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Atomically Dispersed Antimony on Carbon Nitride for the Artificial Photosynthesis of Hydrogen Peroxide2021
Author(s)
Zhenyuan Teng, Qitao Zhang, Hongbin Yang, Kosaku Kato, Wenjuan Yang, Ying-Rui Lu, Sixiao Liu, Chengyin Wang, Akira Yamakata, Chenliang Su, Bin Liu, Teruhisa Ohno
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Journal Title
Nature Catalysis
Volume: 4
Pages: 374-384
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] A Na-containing Pt cocatalyst for efficient visible-light-induced hydrogen evolution on BaTaO2N2021
Author(s)
Huihui Li, Daling Lu, Shanshan Chen, Takashi Hisatomi, Junie Jhon M. Vequizo, Jiadong Xiao, Zheng Wang, Lihua Lin, Qi Xiao, Yuliang Sun, Yugo Miseki, Kazuhiro Sayama, Akira Yamakata, Tsuyoshi Takata, Kazunari Domen
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Journal Title
Journal of Materials Chemistry A
Volume: 9
Pages: 13851-13854
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Sequential cocatalyst decoration on BaTaO2N towards highly-active Z-scheme water splitting2021
Author(s)
Zheng Wang, Ying Luo, Takashi Hisatomi, Junie Jhon M Vequizo, Sayaka Suzuki, Shanshan Chen, Mamiko Nakabayashi, Lihua Lin, Zhenhua Pa, Nobuko Kariya, Akira Yamakata, Naoya Shibata, Tsuyoshi Takata, Katsuya Teshima, Kazunari Domen
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 12
Pages: 1005
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Synthesis of Three-Layer Perovskite Oxynitride K2Ca2Ta3O9N・2H2O and Photocatalytic Activity for H2 Evolution under Visible Light2020
Author(s)
Ya Tang, Kosaku Kato, Takayoshi Oshima, Hiroto Mogi, Akinobu Miyoshi, Kotaro Fujii, Kei-ichi Yanagisawa, Koji Kimoto, Akira Yamakata, Masatomo Yashima, Kazuhiko Maeda
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Journal Title
Inorganic Chemistry
Volume: 59
Pages: 11122-11128
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Heteroatom Dopants Promote Two‐Electron O2 Reduction for Photocatalytic Production of H2O2 on Polymeric Carbon Nitride2020
Author(s)
Peng Zhang, Yawen Tong, Yong Liu, Junie Jhon M. Vequizo, Hongwei Sun, Can Yang, Akira Yamakata, Fengtao Fan, Wei Lin, Xinchen Wang, Wonyong Choi
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Journal Title
Angewandte Chemie International Edition
Volume: 59
Pages: 16209-16217
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Activation of a Pt-loaded Pb2Ti2O5.4F1.2 photocatalyst by alkaline chloride treatment for improved H2 evolution under visible light2020
Author(s)
Haruki Wakayama, Kosaku Kato, Kodai Kashihara, Tomoki Uchiyama, Akinobu Miyoshi, Hiroko Nakata, Daling Lu, Kengo Oka, Akira Yamakata, Yoshiharu Uchimoto, Kazuhiko Maeda
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Journal Title
Journal of Materials Chemistry A
Volume: 8
Pages: 9099-9108
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Efficient photocatalytic hydrogen evolution on single-crystalline metal selenide particles with suitable cocatalysts2020
Author(s)
Shanshan Chen, Junie Jhon M. Vequizo, Takashi Hisatomi, Mamiko Nakabayashi, Lihua Lin, Zheng Wang, Akira Yamakata, Naoya Shibata, Tsuyoshi Takata, Taro Yamada, Kazunari Domen
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Journal Title
Chemical Science
Volume: 11
Pages: 6436-6441
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Enhancement of visible-light photocatalytic activity of rutile TiO2 through nitrogen/fluorine codoping2021
Author(s)
Akinobu Miyoshi, Junie Jhon M. Vequizo, Shunta Nishioka, Yuma Kato, Muneaki Yamamoto, Shunsuke Yamashita, Toshiyuki Yokoi, Shunsuke Nozawa, Akira Yamakata, Tomoko Yoshida, Koji Kimoto, Kazuhiko Maeda
Organizer
Pacifichem 2021
Int'l Joint Research
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