DNP-NMRを用いた有機デバイス材料の構造解析

• 研究課題/領域番号: 19K15648
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分35030:有機機能材料関連
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 鈴木 克明 京都大学, 化学研究所, 助教 (90747859)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 有機EL / 固体NMR / 動的核偏極 / 非晶 / DNP-NMR / 有機半導体 / 動的核偏極NMR / 有機デバイス / 動的核編極

研究開始時の研究の概要

本研究では、非晶質材料の局所構造解析に非常に有用な手法である固体NMR、及びその高感度測定法である固体DNP-NMRを用い、これまで未解明であった、有機非晶膜における分子のコンフォメーション、分子間距離、πスタッキング構造などの非晶構造体に内在する局所構造を分子レベルで明らかにし、非晶構造と有機デバイス特性との相関解明を通じて、さらなる高特性材料開発の設計指針を得るとともに、有機デバイスの基礎科学の構築を進める。

研究成果の概要

本研究では、動的核偏極(DNP)-NMRと量子化学計算を組み合わせ、熱活性遅延蛍光材料のねじれ角評価を行った。具体的には、DNP-NMRを用いることにより、15N NMRスペクトルの大幅な感度向上を達成しさらに、非晶中のねじれ角を評価に成功した。また、static下でのDNP-NMRの測定条件の最適化にも取り組み、ビラジカル系の増感剤を用いた場合に最もよい、単位時間当たりの感度向上が得るれた。実際にデバイスに使われる膜厚の配向分布解析が可能となった。加えて、光照射DNP-NMR、分布を含めたコンフォメーション解析に関する研究にも展開できた点、おおむね順調に研究を推進することができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究成果はこれまで、不可能であった、非晶膜中における有機EL発光材料のコンフォメーション解析を初めて行った例である。この成果を他の材料へさらに適用することにより、有機EL発光材料の構造ー物性相関の解明につながり、より高効率な材料の開発につながっていくと期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Highly Efficient and Stable Blue Organic Light‐Emitting Diodes based on Thermally Activated Delayed Fluorophor with Donor‐Void‐Acceptor Motif (2022)
  • 著者名/発表者名: Zhang Dongdong、Wada Yoshimasa、Wang Qi、Dai Hengyi、Fan Tianjiao、Meng Guoyun、Wei Jinbei、Zhang Yuewei、Suzuki Katsuaki、Li Guomeng、Duan Lian、Kaji Hironori
  • 雑誌名: Advanced Science 巻: 9 号: 12 ページ: 2106018-2106018
  • DOI: 10.1002/advs.202106018
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Truxenone Triimide: Two‐Dimensional Molecular Arrangements of Triangular Molecules for Air Stable n‐Type Semiconductors (2022)
  • 著者名/発表者名: Kumar Sharvan、Koo Yun Hee、Higashino Tomohiro、Matsuda Wakana、Ghosh Samrat、Tsutsui Yusuke、Suda Masayuki、Imahori Hiroshi、Suzuki Katsuaki、Kaji Hironori、Seki Shu
  • 雑誌名: Advanced Electronic Materials 巻: - 号: 7 ページ: 2101390-2101390
  • DOI: 10.1002/aelm.202101390
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Band-like Transport of Charge Carriers in Oriented Two-Dimensional Conjugated Covalent Organic Frameworks (2022)
  • 著者名/発表者名: Ghosh Samrat、Tsutsui Yusuke、Kawaguchi Takahiro、Matsuda Wakana、Nagano Shusaku、Suzuki Katsuaki、Kaji Hironori、Seki Shu
  • 雑誌名: Chemistry of Materials 巻: 34 号: 2 ページ: 736-745
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.1c03533
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of a twin-emitter design strategy on a previously reported thermally activated delayed fluorescence organic light-emitting diode (2021)
  • 著者名/発表者名: Crovini Ettore、Zhang Zhen、Kusakabe Yu、Ren Yongxia、Wada Yoshimasa、Naqvi Bilal A、Sahay Prakhar、Matulaitis Tomas、Diesing Stefan、Samuel Ifor D W、Br?tting Wolfgang、Suzuki Katsuaki、Kaji Hironori、Br?se Stefan、Zysman-Colman Eli
  • 雑誌名: Beilstein Journal of Organic Chemistry 巻: 17 ページ: 2894-2905
  • DOI: 10.3762/bjoc.17.197
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] <i>N</i>-Adamantylphthalimide-based Thermally Activated Delayed Fluorescence Emitter for Solution-processed Organic Light-emitting Diodes (2021)
  • 著者名/発表者名: Shibano Masaya、Suzuki Katsuaki、Kaji Hironori、Takano Toshiyuki
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 50 号: 12 ページ: 1953-1955
  • DOI: 10.1246/cl.210446
  • NAID: 130008131975
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exploring the capability of mayenite (12CaO・7Al2O3) as hydrogen storage material (2021)
  • 著者名/発表者名: Visbal Heidy、Omura Takuya、Nagashima Kohji、Itoh Takanori、Ohwaki Tsukuru、Imai Hideto、Ishigaki Toru、Maeno Ayaka、Suzuki Katsuaki、Kaji Hironori、Hirao Kazuyuki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 号: 1 ページ: 6278-6278
  • DOI: 10.1038/s41598-021-85540-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification of Prime Factors to Maximize the Photocatalytic Hydrogen Evolution of Covalent Organic Frameworks (2020)
  • 著者名/発表者名: Ghosh, S., Nakada, A., Springer, M.A., Kawaguchi, T., Suzuki, K., Kaji, H., Baburin, I., Kuc, A., Heine, T., Suzuki, H., Abe, R. and Seki, S.
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: - ページ: 9752-9762
  • DOI: 10.1021/jacs.0c02633
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Thermally Activated Delayed Fluorescence Benzyl Cellulose Derivatives for Nondoped Organic Light-Emitting Diodes (2020)
  • 著者名/発表者名: Shibano, M., Ochiai, H., Suzuki, K., Kamitakahara, H., Kaji, H. and Takano, T
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: - 号: 8 ページ: 2864-2873
  • DOI: 10.1021/acs.macromol.9b02644
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact of the position of the imine linker on the optoelectronic performance of マ?-conjugated organic frameworks (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Ghosh, Y. Tsutsui, K. Suzuki, H. Kaji, K. Honjo, T. Uemura, and S. Seki
  • 雑誌名: Mol. Syst. Des. Eng. 巻: 4(2) 号: 2 ページ: 325-331
  • DOI: 10.1039/c8me00079d
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] A Molecular Design Achieving Very Fast Reverse Intersystem Crossing (2021)
  • 著者名/発表者名: Yongxia Ren, Yoshimasa Wada, Katsuaki Suzuki, Yu Kusakabe, Jan Geldsetzer, Hironori Kaji
  • 学会等名: The 13th Asian Conference on Organic Electronics (A-COE2021)
  • 国際学会
• [学会発表] 固体 NMR を用いた有機半導体材料の分子配向解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 克明, 梶 弘典
  • 学会等名: 2021年光化学討論会
  • 招待講演
• [学会発表] Solid-state NMR analysis of materials in organic semiconductors (2021)
  • 著者名/発表者名: katsuaki Suzuki, Hironori kaji
  • 学会等名: The 11th International Conference on Flexible and Printed Electronics (ICFPE 2021)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Thioxanthone-based efficient blue thermally activated delayed fluorescence emitter showing very fast reverse intersystem crossing (2021)
  • 著者名/発表者名: Yongxia Ren, Yoshimasa Wada, Katsuaki Suzuki, Yu Kusakabe, Jan Geldsetzer, Hironori Kaji
  • 学会等名: 「有機ＥＬ討論会」第３３回例会・１５周年記念公開シンポジウム
• [学会発表] Achieving very fast reverse intersystem crossing by heavy atom effect (2021)
  • 著者名/発表者名: Yongxia Ren, Yoshimasa Wada, Katsuaki Suzuki, Yu Kusakabe, Jan Geldsetzer,Hironori Kaji
  • 学会等名: The 6th International TADF Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] 熱活性化遅延蛍光材料を用いた発光電気化学セルの電荷状態のオペランドESR分光研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 〇河村 佳歩、祐本 晋太郎、勝俣 潤哉、和田 啓幹、鈴木 克明、梶 弘典、丸本 一弘
  • 学会等名: 第67回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 各種機能性材料への DNP-NMRの適用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 克明、梶 弘典
  • 学会等名: NMR共用プラットフォームシンポジウム2019
  • 招待講演