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2022 Fiscal Year Annual Research Report

半導体量子ドットから有機分子への多励起子取り出し

Research Project

Project/Area Number 21H01909
Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionKwansei Gakuin University

Principal Investigator

増尾 貞弘  関西学院大学, 生命環境学部, 教授 (80379073)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 山内 光陽  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 特任助教 (20802226)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Keywords量子ドット / ペロブスカイト / エネルギー移動 / 単一分子検出 / ナノ材料
Outline of Annual Research Achievements

発光材料や光電子デバイスの高効率化には、効率的な励起子の生成、および有効活用が必要不可欠である。しかしながら、複数の励起子(多励起子)が生成すると「励起子消滅」が起こり、励起子は失活してしまう。本研究の目的は、「励起子消滅が起こる前に、多励起子を取り出す」ことである。量子ドット(QD)表面に複数の発光性有機分子を吸着させ、QDに生成した多励起子を、エネルギー移動により複数の有機分子に取り出す。有機分子からの発光光子数を測定することで、取り出した「励起子の数」を評価し、複数の励起子が取り出し可能な条件を系統的に解明することを狙いにしている。この多励起子取り出しを可能にするには、QD内で起こる励起子消滅速度より、有機分子へのエネルギー移動速度を速くする必要がある。励起子消滅速度は、QDのサイズ、構造により制御することができる。一方、エネルギー移動については不明な点が多いため、蛍光共鳴エネルギー移動において重要なパラメーター、「スペクトルの重なり」「量子ドット-有機分子間距離」「有機分子のモル吸光係数」の依存性を精査し、得られた結果を基にメカニズムを検討していく。
本年度は、QDとして臭化セシウム鉛ペロブスカイトナノ結晶(PNC)を用い、そのサイズと励起子消滅速度の相関を単一光子発生挙動を観測することにより評価した。ボーア直径より小さい5 nmから25 nmのPNCを合成し、サイズと単一発光挙動を測定したところ、10 nmよりサイズが大きくなるにつれ、単一光子発光の確率が低くなることを見出した。つまり、このサイズ領域において、励起子消滅過程より発光過程が優位になることを解明した。また、昨年合成したペリレンビスイミド誘導体とCdSeQDの組み合わせについてはエネルギー移動の観測に成功し、この組み合わせでは励起子消滅がエネルギー移動より速く起こることを明らかにした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の研究計画通り、量子ドットと色素分子の「スペクトルの重なり」について、詳細な知見を得ることに成功している。
CdSe-ペリレンビスイミド誘導体連結系については、QDからペリレンビスイミド誘導体へのエネルギー移動に成功し、多励起子取り出しについて知見を得ることに成功している。
ペロブスカイトナノ結晶については、そのサイズと単一発光挙動の相関を見出すことに成功しており、今後はこのペロブスカイトナノ結晶を積極的に用いることにより、本研究の目的を達成できると考えている。

Strategy for Future Research Activity

これまでの研究から、CdSe QDの場合、励起子消滅速度がエネルギー移動よりも速く起こるため、多励起子を多数の有機分子に取り出すことは困難であることを明らかにした。
今後は、様々なサイズのペロブスカイトナノ結晶を積極的に用いることにより、励起子消滅速度を制御しながらエネルギー移動効率も制御することで、多励起子取り出しが可能となる条件を検討していく。有機分子としては、ペリレンビスイミド誘導体、および市販の有機色素をメインに用い遂行していく予定である。

  • Research Products

    (30 results)

All 2023 2022

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (27 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Nonpolymer Organic Solar Cells: Microscopic Phonon Control to Suppress Nonradiative Voltage Loss via Charge-Separated State2023

    • Author(s)
      T. Nagatomo, A. K. Vats, K. Matsuo, S. Oyama, N. Okamoto, M. Suzuki, T. Koganezawa, M. Fuki, S. Masuo, K. Ohta, H. Yamada, Y. Kobori
    • Journal Title

      ACS Physical Chemistry Au

      Volume: 3 Pages: 207-221

    • DOI

      10.1021/acsphyschemau.2c00049

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Correlation between Single-Photon Emission and Size of Cesium Lead Bromide Perovskite Nanocrystals2023

    • Author(s)
      H. Igarashi, M. Yamauchi, S. Masuo
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. Lett.

      Volume: 14 Pages: 2441-2447

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.3c00059

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 「量子ドットをどうやって並べるか?」量子ドット分散状態から集合状態への展開2023

    • Author(s)
      山内光陽、増尾貞弘
    • Journal Title

      化学

      Volume: 78 Pages: 70-71

  • [Presentation] ペロブスカイトナノ結晶の発光挙動評価 単一光子発光のサイズ依存性2022

    • Author(s)
      増尾貞弘
    • Organizer
      第71回高分子討論会
    • Invited
  • [Presentation] 超分子鋳型を鍵とした量子ドット配列構造の構築2022

    • Author(s)
      山内光陽、中務加奈子、増尾貞弘
    • Organizer
      第71回高分子討論会
  • [Presentation] ペリレンビスイミドーペロブスカイトナノ結晶共集合構造の構築と制御2022

    • Author(s)
      久保直輝、山内光陽、増尾貞弘
    • Organizer
      第71回高分子討論会
  • [Presentation] ペリレンビスイミドをアクセプターとしたCdSe量子ドットのエネルギー移動2022

    • Author(s)
      吉岡美結、山内光陽、増尾貞弘
    • Organizer
      第71回高分子討論会
  • [Presentation] 水素結合性アゾベンゼンシス体を経由した熱および光誘起自己集合の制御2022

    • Author(s)
      喜田恵利花、山内光陽、増尾貞弘
    • Organizer
      第71回高分子討論会
  • [Presentation] コレステロール誘導体からなる分子集合体を用いた量子ドットの1次元配列2022

    • Author(s)
      中務加奈子、山内光陽、増尾貞弘
    • Organizer
      第71回高分子討論会
  • [Presentation] Push-Pull型アゾベンゼンの凝集誘起発光挙動と熱応答性2022

    • Author(s)
      町田恵利子、山内光陽、増尾貞弘
    • Organizer
      第71回高分子討論会
  • [Presentation] アゾベンゼン連結コレステロール集合体を用いた光応答性量子ドット配列構造の構築2022

    • Author(s)
      山沖一仁、山内光陽、増尾貞弘
    • Organizer
      第71回高分子討論会
  • [Presentation] 電子的に偏ったアゾベンゼンの集合状態における特異な発光挙動2022

    • Author(s)
      山内光陽、町田恵利子、増尾貞弘
    • Organizer
      2022年光化学討論会
  • [Presentation] ペリレンビスイミド集合体を駆使したペロブスカイトナノ結晶の配列制御2022

    • Author(s)
      久保直輝、山内光陽、増尾貞弘
    • Organizer
      2022年光化学討論会
  • [Presentation] 単一ペロブスカイトナノプレートレットの発光挙動解明2022

    • Author(s)
      在本有伽、山内光陽、増尾貞弘
    • Organizer
      2022年光化学討論会
  • [Presentation] CsPbBr3ペロブスカイトナノ結晶における単一光子発光のサイズ依存性2022

    • Author(s)
      五十嵐比菜、山内光陽、増尾貞弘
    • Organizer
      2022年光化学討論会
  • [Presentation] 水溶性コアシェル型量子ドットの合成および単一レベルでの発光挙動解明2022

    • Author(s)
      長崎夏美、山内光陽、増尾貞弘
    • Organizer
      2022年光化学討論会
  • [Presentation] 弱い量子閉じ込め領域にあるペロブスカイトナノ結晶から有機色素へのエネルギー移動評価2022

    • Author(s)
      堀部春希、山内光陽、増尾貞弘
    • Organizer
      2022年光化学討論会
  • [Presentation] ペロブスカイトナノ結晶-色素連結系におけるエネルギー移動機構の解明2022

    • Author(s)
      長岡和真、山内光陽、増尾貞弘
    • Organizer
      2022年光化学討論会
  • [Presentation] 量子ドットの高励起状態を利用した量子ドット-有機分子間のエネルギー移動2022

    • Author(s)
      新稲友紀奈、山内光陽、増尾貞弘
    • Organizer
      2022年光化学討論会
  • [Presentation] 単一FAPbBr3ペロブスカイトナノ結晶におけるサイズと発光光子統計の相関解明2022

    • Author(s)
      藤本健太郎、五十嵐比奈、山内光陽、増尾貞弘
    • Organizer
      2022年光化学討論会
  • [Presentation] ペロブスカイトナノ結晶のサイズと単一光子発生挙動の相関2022

    • Author(s)
      増尾貞弘
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • Invited
  • [Presentation] ペロブスカイトナノ結晶表面におけるペリレンビスイミド誘導体の吸着挙動の解明2022

    • Author(s)
      久保直輝、山内光陽、増尾貞弘
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
  • [Presentation] FAPbBr3ペロブスカイトナノ結晶-有機色素系における多励起子エネルギー移動の評価2022

    • Author(s)
      福増知也、久保直輝、増尾貞弘
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
  • [Presentation] 半導体量子ドットからペリレンビスイミド誘導体へのエネルギー移動2022

    • Author(s)
      井上一晟、久保直輝、増尾貞弘
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
  • [Presentation] CsPbBr3ペロブスカイトナノ結晶-有機色素系におけるエネルギー移動の評価2022

    • Author(s)
      中嶋海舟、吉岡美結、堀部春希、増尾貞弘
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
  • [Presentation] Control of perovskite nanocrystal assembled structures using a perylene bisimide supramolecular aggregate2022

    • Author(s)
      N. Kubo, M. Yamauchi, S. Masuo
    • Organizer
      35th Intrernational Microprocesses and Nanotechnology Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Control of thermal- and photo-induced self-assemblies via cis-azobenzene with hydrogen-bond moieties2022

    • Author(s)
      E. Kida, M. Yamauchi. S. Masuo
    • Organizer
      35th Intrernational Microprocesses and Nanotechnology Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] One-Dimensional Arrangement of Quantum Dots Using Molecular Assemblies of Cholesterol Derivatives2022

    • Author(s)
      K. Nakatsukasa, M. Yamauchi. S. Masuo
    • Organizer
      35th Intrernational Microprocesses and Nanotechnology Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Aggregation-induced emission behavior and its thermal responsivity of Push-Pull type azobenzene2022

    • Author(s)
      E. Machida, M. Yamauchi. S. Masuo
    • Organizer
      35th Intrernational Microprocesses and Nanotechnology Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Multiexciton dynamics of quantum dots at the single dot level2022

    • Author(s)
      S. Masuo
    • Organizer
      Center for Emergent Functional Matter Science (CEFMS) Lectures on Advanced Functional Nano Materials
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2023-12-25  

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