Precise prediction of nonradiative processes from triplet state for molecular solids

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H02011
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 35030:Organic functional materials-related
• Research Institution: The University of Electro-Communications
• Principal Investigator: Hirata Shuzo 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (20552227)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 量子化学計算 / 振動 / りん光 / 三重項励起状態 / スピン軌道相互作用 / 遷移双極子 / 蓄光 / 無輻射遷移

Outline of Final Research Achievements

Previous calculation procedures have not well works to predict the radiation rate (kp) and the radiationless rate (knr) from the lowest triplet excited state (T1). Here we proposed dynamic calculation procedure to well predict kp and knr values for a variety of conjugated structures. Values calculated by our proposed dynamic method had a linear relationship with optically measured values for kp as well as knr in a variety of conjugated structures. The dynamic calculations of kp and knr clarified that out-of-plane vibrational distortions of heteroatom in π-fused structures and symmetry breaking vibrations selectively enhance kp without large increase of knr. The dynamic prediction of knr is useful for clarify intermolecular triplet quenching rate relating electron transfer process from T1 as well.

Free Research Field

光化学、有機材料化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の学術的意義はさまざまな分子骨格に対して三重項からの輻射遷移と非輻射遷移の両者を初めて論理的に議論できるツールを構築した点にある。本手法は長波長域の高収率の長寿命室温りん光を示す分子の実現していく上でも役立つツールとなる。また、三重項の失活過程は複雑で、非輻射遷移だけでなく、分子間電子移動過程を含む励起子拡散や電荷分離なども含まれ、それらは太陽電池や光触媒の性能の向上に重要な役割を果たす因子である。本結果は、三重項非輻射失活を予測できることで、それ以外の分子間電子移動過程を含む励起子拡散や電荷分離過程を定量化することができるという点において、社会的な意義を有するものである。