2021 Fiscal Year Annual Research Report
新規な励起三重項生成法に基づく究極的なフォトン・アップコンバージョン材料の創出
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20H02713
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
楊井 伸浩 九州大学, 工学研究院, 准教授 (90649740)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | フォトン・アップコンバージョン / 光物性 / 励起三重項 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
長波長光（低エネルギー光）を短波長光（高エネルギー光）へと変換するフォトン・アップコンバージョンは、太陽光利用などの再生可能エネルギー創出の効率を向上することに寄与しうる。また、オプトジェネティクスや光線力学療法といった光生物学への応用も期待されている。しかしながら、太陽光程度の弱い励起光を用いて高効率なフォトン・アップコンバージョンを発現することは未だに困難である。本研究ではフォトン・アップコンバージョンに関わる複数の過程の中でも励起三重項を発生する過程に着目し、新たな励起三重項の発生によりこの問題の克服を目指している。
固体中においてフォトン・アップコンバージョンを発現することは太陽電池や光触媒といった太陽光利用デバイスへの応用において特に重要である。低い励起光強度で高効率なフォトン・アップコンバージョンを示す固体システムの実現には、結晶性の発光体を用い、その結晶性を損なうことなく増感剤をドープする必要がある。しかしながら、増感剤と発光体の分子サイズや形状が大きく異なるため、その両立はこれまで困難であった。
本研究ではこの問題を解決するための戦略として、発光体の結晶中に電荷移動錯体を生成させることを提案する。発光体と電荷移動錯体を形成しうる電子アクセプターを用い、電荷移動相互作用を駆動力として発光体結晶中へとドープする。実際に光励起された電荷移動錯体を利用してフォトン・アップコンバージョンを発現することに成功した。アップコンバージョン発光の励起光強度依存、および発光寿命を詳細に調べることで、これまでとは異なる新しいメカニズムによるフォトン・アップコンバージョンが起きていることが示唆された。更に、異なる発光体と電子アクセプターの組み合わせにおいてもアップコンバージョン発光が観測されたことから、本戦略の一般性を確認することに成功した。
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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
本研究のコンセプトである、結晶中における電荷移動錯体の形成に基づくフォトン・アップコンバージョンの一般性を異なる発光体と電子アクセプターの組み合わせにおいて確認することに成功した。また、様々な結晶材料の調整方法を検討し、低励起光強度でフォトン・アップコンバージョンを発現する調整方法を見出すことにも成功した。更には発光寿命測定の結果より電荷分離を起点とする新しいメカニズムによってフォトン・アップコンバージョンが発言していることが示唆された。本研究のコンセプト実証から一般性確認までが完了しており、順調に研究が進捗していると判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究において電荷移動錯体の形成に基づくフォトン・アップコンバージョンの発現に成功し、その一般性を確認してきたが、その過程において新しいメカニズムによりフォトン・アップコンバージョンが起こっていることが示唆されている。今後は超高速分光を用い、どのような励起状態が形成されてフォトン・アップコンバージョンの発現に繋がっているかを詳細に検討していく。これによりフォトン・アップコンバージョンの新たな発現戦略として確立していくことを目指す。
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