| 研究課題/領域番号 |
23K21106
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| 補助金の研究課題番号 |
21H01909 (2021-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2021-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分32020:機能物性化学関連
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| 研究機関 | 関西学院大学 |
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研究代表者 |
増尾 貞弘 関西学院大学, 生命環境学部, 教授 (80379073)
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| 研究分担者 |
山内 光陽 京都大学, 化学研究所, 助教 (20802226)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2024年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2023年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2022年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2021年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円)
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| キーワード | 量子ドット / ペロブスカイト / ナノ結晶 / 発光 / 単一光子 / エネルギー移動 / 単一分子検出 / ナノ材料 / マルチエキシトン |
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| 研究開始時の研究の概要 |
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)が系中に生成すると「励起子消滅」が起こり、励起子は失活してしまう。そこで本研究では、励起子消滅が起こる前に、多励起子を取り出す方法を実現する。量子ドット表面に複数の発光性有機分子を吸着させ、量子ドットに生成した多励起子を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。
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| 研究実績の概要 |
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。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
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。
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| 今後の研究の推進方策 |
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。
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