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2023 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  京都大学, 化学研究所, 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。
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)、CdSe/ZnS、およびCdZnS/ZnS、アクセプターの有機分子として、ペリレンビスイミド誘導体(PBI)、シアニン色素、ポリアセン系分子を用い、研究を遂行した。
コア粒径2.5 nmのCdSe/ZnSとPBIを用いた研究では、CdSe/ZnSの表面に複数のPBIを結合させることで、CdSe/ZnSからPBIへのエネルギー移動を観測することに成功した。さらに、PBI発光の光子相関測定を行うことで、エネルギー移動に関与する励起子数についても知見を得ることに成功した。この系においては、CdSe/ZnS内で励起消滅が素早く起こり、その後PBIへのエネルギー移動が起こるため、1つの励起子が移動していることを明らかにした。励起子消滅を遅くするためにQDの粒径を大きくし、励起子消滅速度を遅くすると、QD内の複数の励起子がQD表面に吸着した複数の有機分子に移動することを初めて見出した。すなわち、本研究の目的である多励起子の取り出しに成功した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

CdSe/ZnSとPBIの系では、励起消滅がエネルギー移動をより速いことを見出した。その後、当初の計画通り、QDのサイズを大きくし、励起子消滅速度を遅くすることで、多励起子取り出しが可能であることを示すことができた。つまり、当初掲げた本研究の目的を達成することができた。さらには、他のQDや有機分子を用い、メカニズム解明に向けた研究を予定通りに遂行することができている。

Strategy for Future Research Activity

CdSe/ZnSに代わり、粒径が大きいCdZnS/ZnSを用いることで多励起子取り出しを検討していく。エネルギーアクセプターの有機分子としては、PBIをはじめ、ポリアセン系分子も用いエネルギー移動効率やメカニズムを変え、多励起子取り出しに与える影響を解明していく予定である。
また、ペロブスカイトナノ結晶を用いた研究においても、種々の有機分子を用いることで、複数励起子が関与するエネルギー移動が可能となる系を、そのメカニズムと合わせて解明し、「多励起子取り出し」への系統的な解釈をまとめる予定である。

  • Research Products

    (32 results)

All 2024 2023

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (29 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Self-Assembly Behavior of Perylene Bisimide Derivatives on a Perovskite Nanocrystal Surface2024

    • Author(s)
      Kubo Naoki、Yamauchi Mitsuaki、Yamada Hiroko、Masuo Sadahiro
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 128 Pages: 4648~4654

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.3c08420

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Single-Photon Emission from Organic Dye Molecules Adsorbed on a Quantum Dot via Energy Transfer2023

    • Author(s)
      Yoshioka Miyu、Yamauchi Mitsuaki、Tamai Naoto、Masuo Sadahiro
    • Journal Title

      Nano Letters

      Volume: 23 Pages: 11548~11554

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.3c03279

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] One‐Dimensionally Arranged Quantum‐Dot Superstructures Guided by a Supramolecular Polymer Template2023

    • Author(s)
      Yamauchi Mitsuaki、Nakatsukasa Kanako、Kubo Naoki、Yamada Hiroko、Masuo Sadahiro
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 63 Pages: ー

    • DOI

      10.1002/anie.202314329

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Construction of Ordered Heterostructures by Coaggregation of a Perylene Bisimide Derivative and a Perovskite Nanocrystal2023

    • Author(s)
      Kubo Naoki、Yamauchi Mitsuaki、Masuo Sadahiro
    • Organizer
      2023年光化学討論会
  • [Presentation] ペロブスカイトナノ結晶ー有機色素間のエネルギー移動の評価2023

    • Author(s)
      長岡和真、増尾貞弘
    • Organizer
      2023年光化学討論会
  • [Presentation] 量子ドットの高励起状態から有機分子へのエネルギー移動2023

    • Author(s)
      新稲友紀奈、増尾貞弘
    • Organizer
      2023年光化学討論会
  • [Presentation] FAPbBr3ペロブスカイトナノ結晶におけるサイズと単一光子発光の相関解明2023

    • Author(s)
      藤本健太郎、増尾貞弘
    • Organizer
      2023年光化学討論会
  • [Presentation] 極性アゾベンゼンにおける凝集誘起発光挙動の制御2023

    • Author(s)
      町田恵利子、山内光陽、増尾貞弘
    • Organizer
      2023年光化学討論会
  • [Presentation] アゾベンゼン誘導体を用いた光応答性量子ドット集合体の構築2023

    • Author(s)
      山沖一仁、山内光陽、増尾貞弘
    • Organizer
      2023年光化学討論会
  • [Presentation] ペロブスカイトナノ結晶ーペリレンビスイミド間のエネルギー移動評価2023

    • Author(s)
      吉岡美結、増尾貞弘
    • Organizer
      2023年光化学討論会
  • [Presentation] ペロブスカイトナノプレートレット-ペリレンビスイミド間のエネルギー移動評価2023

    • Author(s)
      井上一晟、久保直輝、増尾貞弘
    • Organizer
      2023年光化学討論会
  • [Presentation] ペロブスカイトナノ結晶に生成する多励起子の有効活用に向けて2023

    • Author(s)
      増尾貞弘
    • Organizer
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
    • Invited
  • [Presentation] ペリレンビスイミド-ペロブスカイトナノ結晶ヘテロ超格子の構築2023

    • Author(s)
      久保直輝、山内光陽、増尾貞弘
    • Organizer
      応用物理学会関西支部2023年度第2回講演会
  • [Presentation] 励起子の有効活用に向けたペロブスカイトナノ結晶からペリレンビスイミドへのエネルギー移動過程の評価2023

    • Author(s)
      吉岡美結、増尾貞弘
    • Organizer
      応用物理学会関西支部2023年度第2回講演会
  • [Presentation] 励起子の有効活用に向けた半導体ナノ結晶から有機色素分子へのエネルギー移動過程の評価2023

    • Author(s)
      長岡和真、増尾貞弘
    • Organizer
      応用物理学会関西支部2023年度第2回講演会
  • [Presentation] ペロブスカイトナノプレートレット-ペリレンビスイミド間エネルギー移動の検討2023

    • Author(s)
      井上一晟、久保直輝、増尾貞弘
    • Organizer
      応用物理学会関西支部2023年度第2回講演会
  • [Presentation] 量子ドット-有機分子系メゾヒエラルキー構造の構築2023

    • Author(s)
      増尾貞弘
    • Organizer
      日本化学会第104春季年会
  • [Presentation] CdZnS/ZnS量子ドットからペリレンビスイミドへのエネルギー移動評価2023

    • Author(s)
      後藤亜美、増尾貞弘
    • Organizer
      日本化学会第104春季年会
  • [Presentation] Controlling Heterostructures Composed of a Perylene Bisimide Derivative and a Perovskite Nanocrystal2023

    • Author(s)
      Kubo Naoki、Yamauchi Mitsuaki、Masuo Sadahiro
    • Organizer
      日本化学会第104春季年会
  • [Presentation] CsPbBr3ペロブスカイトナノ結晶-ペンタセン間のエネルギー移動2023

    • Author(s)
      小山征重、吉岡美結、増尾貞弘
    • Organizer
      日本化学会第104春季年会
  • [Presentation] アゾベンゼン誘導体を用いた光応答性量子ドット集合構造の構築2023

    • Author(s)
      桐山真翔、久保直輝、増尾貞弘
    • Organizer
      日本化学会第104春季年会
  • [Presentation] 分子集合を利用した異種量子ドットの一次元配列構造の構築2023

    • Author(s)
      友永愛、久保直輝、増尾貞弘
    • Organizer
      日本化学会第104春季年会
  • [Presentation] CsPbI3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2023

    • Author(s)
      ファン ニコラス、増尾貞弘
    • Organizer
      日本化学会第104春季年会
  • [Presentation] Correlation between Single-Photon Emission and Size of Cesium Lead Bromide Perovskite Nanocrystals2023

    • Author(s)
      Masuo Sadahiro、Igarashi Hina、Yamauchi Mitsuaki
    • Organizer
      The 31st International Conference on Photochemistry
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Construction of Ordered Perovskite Nanocrystal Aggregates by Supramolecular Approach2023

    • Author(s)
      Kubo Naoki、Yamauchi Mitsuaki、Masuo Sadahiro
    • Organizer
      The 31st International Conference on Photochemistry
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Evaluation of Energy Transfer from Multiple Excitons in a CdSe Quantum Dot to Multiple Perylene Bisimide Molecules2023

    • Author(s)
      Yoshioka Miyu、Yamauchi Mitsuaki、Masuo Sadahiro
    • Organizer
      The 31st International Conference on Photochemistry
  • [Presentation] Evaluation of Energy Transfer from CsPbBr3 Perovskite Nanoplatelet to Perylene Bisimide Derivative2023

    • Author(s)
      Inoue Issei、Kubo Naoki、Masuo Sadahiro
    • Organizer
      The 31st International Conference on Photochemistry
  • [Presentation] Energy transfer from higher excited states of a quantum dot to an azobenzene derivative2023

    • Author(s)
      Niine Yukina、Masuo Sadahiro
    • Organizer
      10th International Symposium on Photochromism
  • [Presentation] Aggregation-induced emission properties of a polar azobenzene derivative2023

    • Author(s)
      Machida Eriko、Yamauchi Mitsuaki、Masuo Sadahiro
    • Organizer
      10th International Symposium on Photochromism
  • [Presentation] Construction of photoswitchable quantum dot aggregate structures using an azobenzene derivative2023

    • Author(s)
      Yamaoki Kazuhito、Yamauchi Mitsuaki、Masuo Sadahiro
    • Organizer
      10th International Symposium on Photochromism
  • [Presentation] Construction of Heterogeneous Superlattice Using a Perylene Bisimide Derivative and a Perovskite Nanocrystal2023

    • Author(s)
      Kubo Naoki、Yamauchi Mitsuaki、Masuo Sadahiro
    • Organizer
      36th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
  • [Presentation] Emission control of a polar azobenzene in the aggregated state2023

    • Author(s)
      Machida Eriko、Yamauchi Mitsuaki、Masuo Sadahiro
    • Organizer
      36th International Microprocesses and Nanotechnology Conference

URL: 

Published: 2024-12-25  

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