2021 Fiscal Year Annual Research Report
Highly Efficient Organic Long-persistent Luminescent System by Improving Photo-Induced Charge Separation process
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21H02020
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| Research Institution | Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University |
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Principal Investigator |
嘉部 量太 沖縄科学技術大学院大学, 有機光エレクトロニクスユニット, 准教授 (00726490)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 有機蓄光 / 電荷分離 / 電荷蓄積 / 有機半導体 / 有機エレクトロニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
蓄光材料は吸収した光エネルギーを電荷として蓄え、徐々に再結合することによって長時間の発光を可能とする。無機結晶にドーパントを加えた既存の無機蓄光材料に対して、我々が開発した有機蓄光材料はアモルファス状態で機能し、溶解性・柔軟性といった無機材料とは異なる機能を有する。一方で、無機材料に比べてキャリア間のクーロン相互作用が大きい有機材料では電荷分離効率が悪く、蓄光発光も向きに比べて弱い。
本年度は、有機蓄光システムにおける電荷分離状態のクーロン相互作用低減のために、イオン性材料について検討した。電気的に中性の分子を利用した場合、電荷分離状態は電子ドナー材料の１電子酸化状態（ラジカルカチオン）と電子アクセプター材料の１電子還元状態（ラジカルアニオン）となる。一方、カチオン性アクセプターを用いた場合、１電子還元状態は中性ラジカルとなるため、キャリア間のクーロン相互作用が低減し、再結合過程の抑制が期待される。
実際に、フォトレドックス触媒としてよく知られるカチオン製分子TPPと、中性の有機半導体分子TPBiを用いて有機蓄光システムを構築した結果、良好な蓄光特性が得られた。また、このシステムではこれまでの電子が拡散する有機蓄光ではなく、ホールが拡散していると考えられる。一般的には有機材料のラジカルカチオンの方がラジカルアニオンに比べて反応性が低く、電荷分離状態の安定化に寄与してると考えられる。さらに電荷トラップ材料を添加することで、より効率的な蓄光発光を得ることに成功した。この電荷分離状態は酸素との反応が抑制されるため、大気下でも機能することが確認された。
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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
1つ目の大きな目標である、電荷分離状態の安定化について、イオン性材料が利用できることを実証した。また、これまでの電子拡散機構ではなく、ホール拡散機構を利用することで、酸素の酸化還元電位より低い準位で電子移動が生じ、酸素との反応を低減することに成功した。イオン性材料の利用は、一般的な有機半導体材料だけではなく、様々な有機分子を利用できることを見出した。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに、イオン性材料としてカチオン性アクセプターを利用した有機蓄光システムを開発した。電荷分離の安定化に有利であることが予想されるため、今後は材料のHOMO、LUMO準位最適化についてより効率的な蓄光システムを開発するとともに、アニオン性ドナーについても検討を進める。また、膜中での電子ドナーとアクセプターの相関は重要であるため、凝集状態の制御についても検討を進める。
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