2013 Fiscal Year Annual Research Report
光電導性高分子固体系における非局在イオン状態生成のダイナミクスとメカニズム
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23245004
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
宮坂 博 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (40182000)
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| Project Period (FY) |
2011-11-18 – 2014-03-31
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| Keywords | 光誘起電子移動 / 電荷シフト反応 / 非局在イオン状態 / フェムト秒分光 / 過渡吸収二色性 / 近赤外分光 |
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| Research Abstract |
電子供与体(D)と受容体(A)間で進行する光誘起電荷分離（A*+D→A-D+）に続く電荷シフト過程（たとえばA-D+D→A-DD+）は、天然・人工系の光電変換初期過程として重要な役割を果たしている。特に電荷再結合と競争する電荷シフト反応速度の大小は光エネルギー利用効率に深く関わる。しかし低誘電率（3から4）の有機固体では、対間距離の増大を伴う同種分子間の電荷シフト過程は大きな吸熱過程（0.3－0.6eV）となるため、通常の電子移動理論からは再結合速度と比べて３桁から６桁以下の小さな速度しか期待できない。我々は芳香族ポリマー固体系の測定から、このようなポリマー系では電荷シフト過程が109/s程度の高速過程であることを明らかにし、またこの理由として、非局在化カチオン状態が迅速に生成し、実効的なA-－D+間距離の増大によるクーロン引力と再配向エネルギーの低下が高速電荷シフト反応を可能とすることを提案した。本研究ではフェムト秒過渡吸収、過渡吸収二色性、近赤外吸収測定などの超高速時間分解測定により、非局在化カチオン状態の生成ダイナミクスの解明を行い、効率の良い電荷シフトを可能とする分子系の設計指針を獲得することを目的とした。
装置の拡充を行い、代表的な芳香族ビニルポリマー系に対し室温から10K の温度範囲でフェムト秒―サブミリ秒の時間分解計測を行い、サブピコ秒からピコ秒で進行するカチオンの非局在化を、実験的に確認し、強いトラップにはつながらない非局在化を利用することで、Marcus 理論を超える高速な電荷シフト過程が可能となることが明らかにした。また、新たに空間時間分解測定を可能とするフェムト秒顕微過渡吸収測定システムを構築し、有機太陽電池系の測定に応用し、空間的に不均一に分布する電荷分離状態の時間挙動を時間分解能数10fs、空間分解能800nm程度の精度で測定できることを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Reason
25年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
25年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Constraint-induced structural deformation of planarized triphenylboranes in the excited state2014
Author(s)
T. Kushida, C. Camacho, A. Shuto, S. Irle, M. Muramatsu, T. Katayama, S. Ito, Y. Nagasawa, H. Miyasaka, E. Sakuda, N. Kitamura, Z. Zhou, A. Wakamiya, S. Yamaguchi
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Journal Title
Chem. Sci.
Volume: 5
Pages: 1296-1304
DOI
Peer Reviewed
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