2020 Fiscal Year Annual Research Report
スピン化学の手法を用いた励起子融合の詳細なメカニズム解明および新規材料開発
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19H02670
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
若狭 雅信 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (40202410)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
矢後 友暁 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (30451735)
関根 あき子 東京工業大学, 理学院, 助教 (40226650)
加藤 隆二 日本大学, 工学部, 教授 (60204509)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 三重項励起子融合 / Triplet Fusion / 磁場効果 / 統計リュービル方程式 / 強磁場単結晶分光測定装置 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
三重項励起子融合（Triplet Fusion (TF)）は，光の有効利用の観点から，基礎，応用を問わず近年国内外で注目されている。しかし，これまでに知られているTF 分子は，種類が限られるうえ，TF 過程のメカニズムも十分に解明されているとは言い難い。本研究では，TF 過程の磁場効果を測定し，スピンダイナミクス，励起子ダイナミクスに注目した解析を行う。これらによりスピン化学の立場から，実験・理論の両面からTFのメカニズムを解明することを目的とする。さらに，得られた知見をもとに，新しいTF材料開発の指針を得ることを目指す。
2020年度は以下の研究を行なった。
(1)統計リュービル方程式を用いた理論的解析：昨年度に測定されたDPAの蛍光の磁場効果を，三重項対の構造ならびに，スピン状態の異なる三重項対（1,3,5(T1, T1)）の割合，スピン緩和の速さ（krel）,TFと SFの速さ (kTF, kSF)，S1の自然寿命（kF），ホッピングの速さ（kh）などに注目し，詳細にSLE解析を行なった。
(2)種々の反応場を用いたTriplet Fusion過程：Platinum (II) octaethylporphine (PtOEt)による三重項増感反応によるジフェニにルアントラセン(DPA)のTFを，薄膜を用いて検討した。磁場効果の大きさは異なるが磁場依存性は単結晶の場合とほぼ同じ結果になった。この薄膜では，DPAが微結晶になっており単結晶と同じ結果になったと考えられる。一方，増感剤を用いた場合，S－T励起に比べて弱い光励起でTFを起こすことができた。さらに，このような光励起の差だけではなく，反応場を制御することでスピン緩和やホッピングに大きな影響を与えることができる。そこで，DPAのS－T励起およびPtOEtによる三重項増感反応について，薄膜を用いてTFの磁場効果を検討した。
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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
統計リュービル方程式を用いた理論的解析では，三重項対の構造，スピン状態の異なる三重項対の割合，スピン緩和の速さ，TFと SFの速さなどに注目してSLE解析をおこない磁場効果を再現できた。
種々の反応場を用いたTriplet Fusion過程の研究では，反応場を制御することでスピン緩和やホッピングに大きな影響を与えることができる。DPAのS－T励起もしくはPtOEtによる三重項増感反応について，薄膜を用いてTFの磁場効果を測定し，結晶状態の磁場効果と比較した。興味あることに，磁場効果の大きさやdipの位置（磁場）が変わることを初めて実験的に見出した。
ただし，コロナ感染症の影響で研究分担者と往来が妨げられたため，試料の高純度化やps蛍光測定などの共同実験の実施は来年度に繰り越した。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) 種々の反応場を用いたTriplet Fusion 過程：反応場を制御することでスピン緩和やホッピングに大きな影響を与えることができる。そこで昨年度に引き続きDPAのS－T 励起もしくはPtOEt による三重項増感反応について，薄膜，メソポーラスシリカMCM－41，イオン液体などを用いて TF の磁場効果を測定し，SLE で解析する。これらにより，反応場から見たTF 効率向上のための知見が得る。さらに，薄膜やナノ細孔をもつMCM－41 にDPA を担持することで，自己消光の抑制など単結晶とは異なる物性が期待できるので，TFの新しい系の一つとして可能性を検討する。
(2) 新しいTriplet Fusion 材料の創製：次の 1)～4)に注目して，TF 材料として可能性がある種々の化合物を合成，高純度化，X線結晶構造解析を行ったうえで，磁場効果を測定する。これらにより，新しい高効率なTF 材料創製の指針を得る。
1) 蛍光量子収率が高い反応系：発光材料に適し，kF が大きいので TF の逆過程であるSF が抑えられTF 効率が高くなる。
2) E (S1) < 2 E (T1)の反応系：逆過程のSF がエネルギー的にアップヒルになり，SF が起こらない。
3) S2 へのTF：高い励起エネルギーが利用でき，これまでにないTF 材料になる。
4) スピン軌道相互作用が大きい反応系：重原子の導入により，スピン緩和が起こりやすくなり，本来，TF できない3, 5 重項がTF できるようになる。これによりTF 効率が高くなると期待される。
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