2023 Fiscal Year Annual Research Report
Nonradiative Transition Beyond Energy-Gap Law in Fused-Ring pi-Conjugated Molecules
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22K19062
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
大北 英生 京都大学, 工学研究科, 教授 (50301239)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
KIM HYUNGDO 京都大学, 工学研究科, 助教 (80837899)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Keywords | 縮環系共役分子 / 蛍光寿命 / 発光量子収率 / 輻射遷移速度 / 無輻射遷移速度 / 温度依存性 / エネルギーギャップ則 / 再配向エネルギー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和5年度は、バンドギャップエネルギーの異なる種々の縮環系π共役分子として低分子のみならず共役高分子に対して蛍光寿命ならびに発光量子収率の温度依存性を測定することによって輻射ならびに無輻射遷移速度を系統的に検討した。その結果、共役高分子については溶液中において分子分散しているものと凝集形態をとるものが存在することを明らかにした。室温で分子分散状態でありコイル状の分子鎖形態をとる共役高分子では、吸収および発光スペクトルともに昇温とともに発光強度が低下するものの温度依存性はわずかであり、輻射ならびに無輻射遷移速度の温度依存性も限定的であった。これに対して、室温で凝集形態をとる共役高分子では、昇温とともに吸収および発光スペクトルともに大きく短波長シフトするとともに発光強度は大きく増加した。この結果は、発光量子収率の低い凝集状態から発光量子収率の高い分散状態へと分子鎖形態が変化していることに起因すると考えられる。縮環構造が大きく発達したモノマーユニットからなる共役高分子の場合、昇温により吸収および発光スペクトルともにほとんど変化を示さず、輻射ならびに無輻射遷移速度の温度依存性も見られなかった。これは、測定した温度範囲では凝集形態が解消されることがなかったためであると考えられ、縮環構造が大きく発達した主鎖構造は分子鎖間相互作用が極めて大きいことを示している。その結果、無輻射遷移速度が大きく抑制され、長寿命励起状態が実現されていることが分かった。また、バンドギャップエネルギーの異なる共役高分子について分子分散状態のものに統一して、無輻射遷移速度のエネルギーギャップ依存性を検証したところ、明確なエネルギーギャップ依存性は見られなかった。これは、再配向エネルギーの大きな分子群と小さな分子群が混在しているためであり、それぞれの分子群ではエネルギーギャップ依存性が成立していることが示唆された。
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