有機材料における高障壁のエネルギーアップコンバージョン

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25870212
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: 戸谷 健朗 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 技術職員 (50397014)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 光化学 / 逆エネルギー移動 / 燐光

Outline of Annual Research Achievements

常温、常圧下で秒オーダーの長時間にわたって励起子を持続できる低分子材料の系を利用して、光＋熱→光への変換である熱エネルギーを利用したエネルギーアップコンバージョンを、様々なドナー、アクセプター分子間で試みた。障壁を越えるエネルギー差としては、最大0.4 eV程度である、赤色発光から緑色発光への変換を、ジベンゾクリセン系のドナー分から、Ir錯体系のアクセプター分子にて実現。また、黄色発光から青色発光への変換として、最大0.3 eV程度のエネルギー障壁を、クリセン系のドナー分から、Ir錯体系のアクセプター分子にて実現した。いずれの発光も量子収率1％未満と低いものの、－20℃程度から、目視で識別できる程度の色の変化を観測し、0℃付近では明確な色の変化を確認できるレベルに至った。さらに逆エネルギー移動効率を向上させるために、ドナー色素分子の重水素化を行った。これにより、十数％のエネルギー移動効率の向上を確認できた。
次に目標としていた、エネルギー障壁0.6 eV以上の赤色から青色へのエネルギー変換であるが、こちらはボルツマンの法則から通常の熱エネルギーを利用したエネルギーアップコンバージョンでは難しいと判断し、レーザーを用いた高いエネルギー強度の励起光照射により、高密度の三重項励起子を生成した後、三重項-三重項衝突を利用してエネルギー変換を行うことを試みた。しかしながら、この変換は励起光を切った直後の励起子密度が最も高い瞬間にてわずかに存在するレベルとなり、目視では他の発光色との混合のため、明確な青色発光を識別するに至らなかった。そこで研究後半では、そこまでの方針を変え、これまでに達成した逆エネルギー移動を実現する低分子材料の系をより汎用化した材料でも行えるように、低分子マトリックス材料の選定を再度試み、そこから励起子を高密度に蓄えるための、分子、置換基の選定を行った。