計画研究
半導体ナノ結晶表面のエピタキシャル成長やイオン交換を利用することにより、光エネルギーあるいはキャリアがナノ結晶間をなめらかに移動できるポテンシャル階段をもつ集積非対称ナノ結晶が構築できる。近赤外光吸収体である六角柱型の六方晶系Cu1.8Sナノ結晶の陽イオン交換反応では、陽イオン半径が陰イオン半径より小さいため、陽イオン交換前後で結晶系は通常維持されるが、種々の集積非対称ナノ結晶構築プロセスにおいて、Cu1.8Sナノ結晶の高さにより結晶系が変化することを発見した。16種類の幅と高さをもつ六角柱型の六方晶系Cu1.8Sナノ結晶をCo2+と陽イオン交換を行い、高さが約10 nmを境に、生成物の結晶構造が六方晶系CoSと立方晶系Co9S8に分かれることが分かった。第一原理計算によって、六角柱型の六方晶系CoSは底面よりも側面の表面エネルギーが大きく、高さが大きくなると側面の広い露出を避けようとして安定な立方晶系Co9S8へ構造変化することが示唆された。Co2+以外の陽イオンでは異なる傾向が見られ、物質固有の構造安定性がこの現象に重要な役割をもつことも分かった。一方、指向性エネルギー移動システムとして、有機分子と半導体ナノ結晶からなる複合体は、フォトンアップコンバージョン以外にも一重項開裂システムとして魅力的である。従来の三重項生成効率は160%程度であり200％にはほど遠かったが、3.5 nm CdTe半導体ナノ結晶に4-(6,13-bis(2-(triisopropylsilyl)ethynyl)pentacen-2-yl)-benzoic acid（Pc）を直接配位した系では、CdTeからPcへの共鳴エネルギー移動が高効率（99%）で進行し、一重項開裂による三重項生成効率が198%に達した。
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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