2015 Fiscal Year Annual Research Report
超分子自己集合が可能にする固相・水中における高効率フォトン・アップコンバージョン
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15J03077
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
小川 卓 九州大学, 工学府, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | アップコンバージョン / 三重項 / 三重項－三重項消滅 / エネルギーマイグレーション / 自己集合 / 分子結晶 / 太陽電池 / 有機金属錯体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
三重項－三重項消滅によるフォトン・アップコンバージョン（TTA-UC）は、三重項増感剤（ドナー）と発光体（アクセプター）を組み合わせて行う機構であり、低強度で高効率な波長変換が可能であることから様々な分野への応用が期待されている。TTA-UC はこれまで分子拡散の速い溶液系で主に研究が行われてきたが、デバイス化に向けて無溶媒系での 達成が期待されている。特に固体系は適切に色素を配列させることで、溶液系に勝る高い三重項拡散係数を発現しうるという魅力的な性質を有している。一方、構造が大きく異なるドナー分子、アクセプター分子を組み合わせる必要があり、それらの相分離がエネルギー移動効率を低下させるため、その特性を十分に引き出せていないのが現状であった。
そこで本研究では、ドナー分子との相溶性向上を目的として柔軟なアルキル鎖を導入したアクセプター分子と、共通する置換基を導入して相溶性の向上を目指したドナー分子を新規に合成し、それらを組み合わせることで更なるエネルギー移動効率の向上を目指した。
まず、アクセプター分子を既存のドナー分子と組み合わせて固体フィルムを作成したところ、ドナー分子の凝集に由来するシグナルが観測され、効率的にエネルギーが移動していないことがわかった。一方で、合成した新規ドナー分子を用いて同様の測定を行ったところ、このシグナルが消失し、エネルギー移動効率の向上が達成された。その値は 92% と非常に高く、既存の分子性結晶を用いた TTA-UC システムを上回ることが示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度は、本研究の目的である固体系での高効率な三重項-三重項消滅によるアップコンバージョン（TTA-UC）を達成するための大きな課題であった、低いエネルギー移動効率を超分子集合体を用いることで改善した。達成された 92% というエネルギー移動効率は従来の固体系 TTA-UC では観測されていなかった値であり、予想以上の結果が得られた。よって本年度の研究は、当初の計画以上に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
超分子によるドナー分子とアクセプター分子の相溶性を向上させることで、固体系において高いエネルギー移動効率が達成された。しかしながら、現状の系では UC 量子収率を最適化させるために必要な励起光強度の値（Ith)が比較的高く、その低強度化が必要とされる。ここで、励起光強度はアクセプター分子の持つ三重項寿命の二乗に比例して低下していくことが明らかとなっている。そのため今後は、色素分子の固体状態での配列に着目して三重項寿命との相関を明らかとすることで、その値を長寿命化させる配列を見つけ出し、Ith の低強度化を目指す。
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