2022 Fiscal Year Annual Research Report
Three-Dimension Visualizations of Electron Spin Polarization for Elucidating Molecular Motion Effect of Geometries of Multiexciton and Charge-Separated States
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19H00888
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
小堀 康博 神戸大学, 分子フォトサイエンス研究センター, 教授 (00282038)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大西 洋 神戸大学, 理学研究科, 教授 (20213803)
池田 浩 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (30211717)
羽會部 卓 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (70418698)
松木 陽 大阪大学, 蛋白質研究所, 准教授 (70551498)
濱田 守彦 神戸市立工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (70827948)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | シングレットフィッション / 時間分解電子スピン共鳴法 / 光電荷分離 / 有機薄膜太陽電池 / 立体構造解析 / 電子スピン分極 / 映像化 / 不均一系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
単一の光子から複数の三重項励起子(T1)を生むシングレットフィッション(SF)は有機薄膜太陽電池において飛躍的に高い光エネルギー変換効率をもたらす現象として世界的に注目されている。本研究では、時間分解電子スピン共鳴法をベースに世界最高性能の空間分解能を持つ中間体構造解析の画期的ツールとして独自に開発してきた「電子スピン分極イメージング法」を主たる手法とし、時々刻々と変化する多重励起子や光電荷分離状態の立体配置とその分子運動効果をナノ秒領域の三次元動画 (映像化)として実験的に特徴づける。結晶性と非晶性を併せ持つ有機エレクトロニクス薄膜のエントロピー効果と運動による電子的効果を用いるデバイス効率飛躍的向上化の知的基盤を獲得し、有機薄膜太陽電池開発で課題となっている超高効率化への指針を提示する。SFや光電荷分離の各ステージの異なる空間領域で生成する中間体を同定するだけでなく、各中間体の立体的位置、距離、分子配向、運動性および、軌道の重なりや広がりの性質を量子論に立脚した新しい磁気イメージング法に基づき非破壊的に調べるものである。本手法は時間分解電子スピン共鳴スペクトルの各共鳴磁場おいて電子スピン分極を空間方向に分解し投影するなど、国内外で従来全く考えられていなかった発想によって、非晶質系や不均一系でも高い空間分解能を持ったナノ秒時間分解構造解析を可能にした。SFや電荷生成機構に関する基礎研究は国内外から極めて高い関心が寄せられた。しかし光電変換に重要な五重項多重励起子と初期電荷分離状態の立体配置、電子的相互作用に対する分子運動効果の詳細は不明であった。今回新たに世界最高性能の空間分解能を持ったナノ秒時間分解構造解析法で当該課題を着実に解決し、国際的に極めて高いプレゼンスを示した。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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