2020 Fiscal Year Research-status Report
顕微分光計測を駆使した三重項-三重項消滅アップコンバージョン固体系の空間分解分析
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20K05653
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| Research Institution | Rikkyo University |
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Principal Investigator |
三井 正明 立教大学, 理学部, 教授 (90333038)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 光アップコンバージョン / 三重項 / 三重項-三重項消滅 / 励起エネルギー移動 / 蛍光 / 顕微分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
三重項-三重項消滅に基づく光アップコンバージョン（UC）は、増感剤と発光体を組み合わせることにより、長波長の光を短波長の光に変換する手法であり、太陽光照射でも機能するため、太陽電池や光触媒などの効率を向上させる技術として注目されている。しかしながら、実用性の高い固体状態での高効率化が未だ実現できておらず、固体試料における増感剤と発光体の混合状態の微視的理解と制御が重要となる。本研究では、1分子レベルの発光計測が可能な顕微分光装置を用いた空間分解分析を、金属ポルフィリンの一種であるPdTPBP増感剤とアントラセン誘導体の1種であるDPAあるいはC7sDPA発光体の混合微結晶に適用し、結晶内の三重項エネルギー移動（TET）効率や増感剤・発光体の存在分布の可視化と定量評価に取り組んだ。
PdTPBPとC7sDPAを約1:100000のモル比で混合したTHF溶液を、加熱したカバーガラス上に微量滴下し、溶媒を瞬時に蒸発させることで混合微結晶を作製した。発光イメージ測定には、C7sDPAを直接励起するための波長405 nmレーザーあるいはPdTPBPを励起するための波長640 nmレーザーを用いた。レーザー光は油浸対物レンズで回折限界まで集光して試料に照射した。試料からの発光は適切なフィルターを組み合わせることにより、発光体からのUC蛍光あるいは直接励起の蛍光を選択的に検出した。測定は全て減圧下にて行った。また、蛍光量子収率が既知のアントラセン誘導体の1分子計測を、UC測定時の光学セットアップで行うことにより、装置の検出効率を精密に評価した。UC蛍光強度の励起速度依存性測定を行い、高励起速度極限を仮定した速度論モデルを新たに構築し、結晶中における増感剤と発光体の存在量や増感剤-発光体間のTET効率を決定する解析手法を確立した。現在、この成果を国際論文誌に投稿するための準備を進めている。
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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
本研究では、三重項-三重項消滅フォトンアップコンバージョン（TTA-UC）を示す有望な固体系に対して空間分解分光分析を実施し、TTA-UCに関わる重要なパラメータである増感剤・発光体分子の存在量、三重項励起エネルギー移動効率、TTA-UC効率のマッピング化する方法論の確立が本研究課題の主要目的の一つであるが、本年度中にその段階にまで到達したので、おおむね順調に進展していると自己評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は次の段階として、固体試料の空間分解分光分析から得られた各パラメーターの空間不均一性と固体試料作製条件の関係性を精査し、試料作製条件にフィードバックして系の最適化を進める。このような一連の手順を、２種類の有機色素を混合した固体系や金属クラスター増感剤と有機色素発光体を混合させた系に対して適用していくことにより、溶液系でのTTA-UC効率（＞20%＠最大理論効率50%）に匹敵する高効率かつ低しきい励起強度を有するTTA-UC固体系の創出することを引き続き目指していく。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額は323円であり、実質的に本年度配分された額の99.986%を使用した。次年度は、本年度に確立させた顕微発光分光計測に基づく空間分解分析およびその解析手法を、様々なTTA-UCを示す系へと適用していく。具体的には、複数の有機色素を連結させた新規発光体分子とポルフィリン誘導体を増感剤として組み合わせた固体系について詳細な検討を行う。これらの系の空間分解分析を真空中と大気中で行い、得られた微視的知見を試料作製条件にフィードバックしながら系の最適化を進め、脱気溶液系に匹敵する高効率かつ低しきい励起強度を示すTTA-UC固体系を創出することに挑戦する。次年度予算では、それらの実験に必要な532nmの連続光レーザーや光学部品を購入する予定である。
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