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2022 年度 実績報告書

動的エキシトン解析に基づく材料設計とその応用

計画研究

研究領域動的エキシトンの学理構築と機能開拓
研究課題/領域番号 20H05840
研究機関京都大学

研究代表者

梶 弘典  京都大学, 化学研究所, 教授 (30263148)

研究期間 (年度) 2020-11-19 – 2025-03-31
キーワード動的エキシトン / 分子設計 / 逆項間交差 / スピン軌道相互作用 / フェルミの黄金律
研究実績の概要

1) 昨年度、これまでのΔEstとf値ではなく、さらに精密な分子設計を可能にする高速計算手法の開発に成功した。当初、RISC速度定数の定量的予測のみを本研究の開発項目としていたが、この新たに開発した計算手法により、高次エネルギー準位も含めた、発光に関与するすべてのタイプの準位間の速度定数計算を可能にした。今年度は、TADF分子に対し検討を進めた。その結果、様々なタイプのTADF分子に対して本手法が有効であり、上述のすべての速度定数を定量的に予測することに成功した(Commun. Chem., 5, 53 (2022); J. Phys. Chem. A, 127, 439 (2023))。
2) 昨年度に続き、高速なRISCを有するさらに新たなTADF分子の開発に成功した(Appl. Phys. Express, 16, 11006 (2023))。また、近赤外線発光(Jpn. J. Appl. Phys., 61, 081001 (2022))、溶液塗布系青色発光TADFへの展開も行った(ACS Omega, 7, 16740 (2022))。
3) 英国との共同研究で、最先端ナノカーボン材料であるシクロパラフェニレン誘導体からなるTADF分子を開発した(Org. Lett., 25, 998 (2023))。また、中国との共同研究で、高効率青色TADF分子の新規開発に成功した(最大外部量子収率:27.5%;Adv. Sci., 9, 2106018 (2022))。
4) 国内共同研究も積極的に進めた。例えば、Chem. Mater., 34, 736 - 745 (2022)、Adv. Electron. Mater., 8, 2101390 (2022)は学術変革領域研究(A)「高密度共役の科学」との共同研究であり、領域の枠を超えた展開を進めることができた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

研究実績の概要1) において、当初の計画では、RISC速度定数のみの定量的予測をターゲットにしていた。しかし、最近、RISCは最低三重項(T1)から直接最低励起一重項(S1)への遷移に加えて、高次三重項、特にT2も重要な経路になっていることが示唆されつつある。また、TADF分子のPLQYを高めるには、輻射緩和、無輻射緩和の速度定数も定量化する必要がある。さらに、hyperfluorescence系では、FRETと競合するISC過程を極力遅くすることが原理上望まれる。これらのことから、RISCのみならず、ISC、輻射緩和、無輻射緩和、内部転換を、高次エネルギー準位も含めて定量化できれば、有機分子の発光に関する全貌を基礎的に理解することが原理的に可能となる。また、これまでのΔEstとf値からの設計と比べ、はるかに精密な分子設計が可能となる。昨年度は古典的な分子に対して適用可能であることを示したが、今年度は、実際の最先端TADF分子群に適用し、すべての実測の速度定数を定量的に再現できたことから、本手法が極めて有効であることが明確となった。また、研究実績の概要2), 3)に記載した通り、新規TADF分子の設計、開発、デバイス化に関しても、青色発光から近赤外発光まで、また、真空蒸着系から溶液塗布系まで、多彩な形で展開することができた。共同研究は、領域内では12グループとの間で共同研究を進め、また、海外とは研究実績の概要3)のグループを含め、7カ国との間で共同研究を進めている。さらに、学術変革領域研究(A)「高密度共役の科学」領域との間で、領域の枠を超えた共同研究でも成果を挙げることができた。
以上の点から、当初の計画以上の進展と言える。

今後の研究の推進方策

現在のところ、当初の計画通り進めるが、当初、RISC速度定数の定量的予測のみであった研究は、すべての速度定数の定量的予測に高度化できているため、この研究をさらに大きく推進する。共同研究に関しては、領域内だけでも12グループと進めているため、かなり多岐にわたっているが、それぞれ順調に進んでいる。令和5年度、6年度でこれらを結実させる。

  • 研究成果

    (50件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 1件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (36件) (うち国際学会 21件、 招待講演 22件)

  • [国際共同研究] University of St Andrews/Durham University(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      University of St Andrews/Durham University
  • [国際共同研究] University of Wurzburg/The Karlsruhe Institute of Technology(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      University of Wurzburg/The Karlsruhe Institute of Technology
  • [国際共同研究] Tsinghua University(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      Tsinghua University
  • [国際共同研究] The University of Queensland(オーストラリア)

    • 国名
      オーストラリア
    • 外国機関名
      The University of Queensland
  • [国際共同研究] Indian Institute of Science(インド)

    • 国名
      インド
    • 外国機関名
      Indian Institute of Science
  • [雑誌論文] Thioxanthone-containing blue thermally activated delayed fluorescent emitter2023

    • 著者名/発表者名
      Natsuko Kanno, Yongxia Ren, Yu Kusakabe, Katsuaki Suzuki, Katsuyuki Shizu, Hiroyuki Tanaka, Yoshimasa Wada, Hiromichi Nakagawa, Jan Geldsetzer, and Hironori Kaji
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Express

      巻: 16 ページ: 11006

    • DOI

      10.35848/1882-0786/acb3ad

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Robust Spirobifluorene Core Based Hole Transporters with High Mobility for Long-Life Green Phosphorescent Organic Light-Emitting Devices2023

    • 著者名/発表者名
      Natsuo Nagamura, Hisahiro Sasabe, Hiroki Sato, Nozomi Ito, Shoki Abe, Yoshihito Sukegawa, Daisuke Yokoyama, Hironori Kaji and Junji Kido
    • 雑誌名

      Chem. Eur. J.

      巻: 29 ページ: e202202636

    • DOI

      10.1002/chem.202202636

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Promoting Reverse Intersystem Crossing in Thermally Activated Delayed Fluorescence via Heavy-Atom Effect2023

    • 著者名/発表者名
      Katsuyuki Shizu, Yongxia Ren and Hironori Kaji
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. A

      巻: 127 ページ: 439-449

    • DOI

      10.1021/acs.jpca.2c06287

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Donor-Acceptor 10-Cycloparaphenylene and Its Use as an Emitter in an Organic Light-Emitting Diode2023

    • 著者名/発表者名
      Dongyang Chen, Yoshimasa Wada, Yu Kusakabe, Liansheng Sun, Eiichi Kayahara, Katsuaki Suzuki, Hiroyuki Tanaka, Shigeru Yamago, Hironori Kaji, and Eli Zysman-Colman
    • 雑誌名

      Org. Lett.

      巻: 25 ページ: 998-1002

    • DOI

      10.1021/acs.orglett.3c00127

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Dynamic nuclear polarization - nuclear magnetic resonance for analyzing surface functional groups on carbonaceous materials2023

    • 著者名/発表者名
      Hideka Ando, Katsuaki Suzuki, Hironori Kaji, Takashi Kambe, Yuta Nishina,Chiyu Nakano, Kazuma Gotoh
    • 雑誌名

      Carbon

      巻: 206 ページ: 84-93

    • DOI

      10.1016/j.carbon.2023.02.010

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Comprehensive Understanding of Multiple Resonance Thermally Activated Delayed Fluorescence via Quantum Chemistry Calculations2022

    • 著者名/発表者名
      Shizu, K. and Kaji, H.
    • 雑誌名

      Commun. Chem.

      巻: 5 ページ: 53[1-6]

    • DOI

      10.1038/s42004-022-00668-6

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Imidazole Acceptor for Both Vacuum-Processable and Solution-Processable Efficient Blue Thermally Activated Delayed Fluorescence2022

    • 著者名/発表者名
      Yu Kusakabe, Yoshimasa Wada, Tomoya Misono, Katsuaki Suzuki, Katsuyuki Shizu and Hironori Kaji
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 7 ページ: 16740 - 16745

    • DOI

      10.1021/acsomega.2c01308

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A multifunctional hole-transporter for high-performance TADF OLEDs and clarification of factors governing the transport property by multiscale simulation2022

    • 著者名/発表者名
      Natsuo Nagamura, Hisahiro Sasabe, Hiroki Sato, Takahiro Kamata, Nozomi Ito, Suguru Araki, Shoki Abe, Yoshihito Sukegawa, Daisuke Yokoyama, Hironori Kaji and Junji Kido
    • 雑誌名

      J. Mater. Chem. C

      巻: 10 ページ: 8694 - 8701

    • DOI

      10.1039/d2tc00716a

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Near-infrared-red-orange thermally activated delayed fluorescence emitters using a strong tetracoordinated difluoroboronated acceptor2022

    • 著者名/発表者名
      Yongxia Ren, Hiromichi Nakagawa, Katsuaki Suzuki, Weizhe Hu and Hironori Kaji
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 61 ページ: 081001[1-5]

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac7a7c

    • 査読あり
  • [学会発表] 高効率TADF分子の開発と固体NMRによる有機非晶材料の構造解析2023

    • 著者名/発表者名
      ○鈴木 克明, 梶 弘典
    • 学会等名
      International CPL and CPEL Conference 2023
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] マルチスケールシミュレーションによる有機?晶膜中の電荷トラップ解析2023

    • 著者名/発表者名
      ○佐藤 弘毅, 上田 駿, 梶 弘典
    • 学会等名
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 重原子効果を用いた熱活性型遅延蛍光における逆項間交差の高速化2023

    • 著者名/発表者名
      ○志津 功将, Yongxia Ren, 梶 弘典
    • 学会等名
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] チオキサントンを用いた新規熱活性化遅延蛍光材料の開発2023

    • 著者名/発表者名
      〇菅野 奈都子, Ren Yongxia, 日下部 悠, 鈴木 克明, 志津 功將, 和田 啓幹, Geldsetzer Jan, 梶 弘典
    • 学会等名
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 多重共鳴TADFメカニズムの理論的解明2023

    • 著者名/発表者名
      ○志津 功將、梶 弘典
    • 学会等名
      日本化学会第103春季年会(2023)
  • [学会発表] Solution-Processed TADF-OLEDs2023

    • 著者名/発表者名
      Hironori Kaji
    • 学会等名
      EU-Network TADFsolutions Spring School
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Realization and Analysis of Highly-Efficient OLEDs: Material Design, Multiscale Simulation, and NMR2022

    • 著者名/発表者名
      H. Kaji
    • 学会等名
      The 1st International Symposium on Dynamic Exciton (ISDyEx)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Structural Analysis of Organic Semiconducting Materials By Solid State NMR2022

    • 著者名/発表者名
      K. Suzuki , H. Kaji
    • 学会等名
      241st ECS Meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Detailed Analysis of Highly-Efficient Emission in Organic Light-Emitting Diodes: The Dynamic Exciton Effect2022

    • 著者名/発表者名
      H. Kaji
    • 学会等名
      241st ECS Meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Molecular design, theoretical calculation, multiscale simulation and NMR analysis to realize highly-efficient organic light-emitting diodes2022

    • 著者名/発表者名
      Hironori Kaji
    • 学会等名
      University of Alberta CCIS Seminar
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Some strategies to realize highly-efficient emission in organic light-emitting diodes2022

    • 著者名/発表者名
      Hironori Kaji
    • 学会等名
      CSC CCCE 2022
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Material design and precise analysis to realize excellent organic light-emitting diodes.2022

    • 著者名/発表者名
      Hironori Kaji
    • 学会等名
      IC3EM2022
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] マルチスケールシミュレーションによるドープ系有機 EL 発光層の電荷輸送解析2022

    • 著者名/発表者名
      ○佐藤 弘毅,森脇 千騎, 上田 駿, 久保 勝誠, 梶 弘典
    • 学会等名
      有機EL討論会 第34回例会
  • [学会発表] 量子化学計算による多重共鳴 TADF メカニズムの解明2022

    • 著者名/発表者名
      ○志津 功將、梶 弘典
    • 学会等名
      有機EL討論会 第34回例会
  • [学会発表] Detailed Computational and Experimental Analyses of Highly-Efficient TADF Mechanism in OLEDs2022

    • 著者名/発表者名
      Hironori Kaji
    • 学会等名
      ICSM 2022
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Quantitative Prediction of Rate Constants: for Comprehensive Understanding of Emission Mechanism and for future HTS2022

    • 著者名/発表者名
      Hironori Kaji
    • 学会等名
      The core to core meeting @ The Burn
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 量子化学計算に基づく精密分子設計とマルチスケールシミュレーションによる電荷輸送解析2022

    • 著者名/発表者名
      梶 弘典
    • 学会等名
      第71回高分子討論会 特定テーマ S12.有機オプトエレクトロニクスの新展開
    • 招待講演
  • [学会発表] 量子化学計算・マルチスケールシミュレーションによる高性能有機EL材料の開発と電荷輸送解析2022

    • 著者名/発表者名
      梶 弘典
    • 学会等名
      2022年光化学討論会
    • 招待講演
  • [学会発表] 量子化学計算による多重共鳴効果型熱活性化遅延蛍光メカニズムの解明2022

    • 著者名/発表者名
      ○志津 功將、梶 弘典
    • 学会等名
      2022年光化学討論会
  • [学会発表] 量子化学計算による多重共鳴効果型熱活性化遅延蛍光メカニズムの解明2022

    • 著者名/発表者名
      ○志津 功將、梶 弘典
    • 学会等名
      第16回分子科学討論会2022
  • [学会発表] 多重共鳴TADFメカニズムの解明に関する理論研究2022

    • 著者名/発表者名
      ○志津 功將、梶 弘典
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 固体 NMR による有機 EL 発光材料の定量的非晶構造解析2022

    • 著者名/発表者名
      ○梶 弘典 、鈴木 克明
    • 学会等名
      第 61 回 NMR 討論会(2022)
    • 招待講演
  • [学会発表] マルチスケールシミュレーションによる有機蒸着膜の分子配向・移動度予測2022

    • 著者名/発表者名
      ○石原 蔵人, 梶 弘典
    • 学会等名
      有機EL討論会 第35回例会
  • [学会発表] ハイスループット探索および包括的理解に向けての計算、マルチスケールシミュレーション2022

    • 著者名/発表者名
      梶 弘典
    • 学会等名
      第8回 電子状態理論シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] Organic light-emitting diodes, multiscale simulation, and solid-state NMR2022

    • 著者名/発表者名
      Hironori Kaji
    • 学会等名
      Kyoto-Bordeaux Symposium on Organic Chemistry and Photochemistry, 2nd International Symposium on Dynamic Exciton
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Molecular design, multiscale simulation and solid-state NMR2022

    • 著者名/発表者名
      Hironori Kaji
    • 学会等名
      JSPS Core-to-Core Program Kick-off Meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A Quantitative Calculation Method of Electronic Transition Rate Constants for Comprehensive Understanding of Emission Mechanism2022

    • 著者名/発表者名
      Katsuyuki Shizu, Hironori, Kaji
    • 学会等名
      ICPAC Kota Kinabalu 2022
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Experimental and Theoretical Studies on Organic Emitters2022

    • 著者名/発表者名
      Hironori Kaji
    • 学会等名
      The 7th International TADF Workshop
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] In silico material design and comprehensive understanding of OLEDs2022

    • 著者名/発表者名
      Hironori Kaji
    • 学会等名
      Dipartimento di Eccellenza SCVSA: risultati e prospettive dopo 5 anni di attivit?
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] In Silico Material Design for Realizing Highly-Efficient OLEDs and Their Comprehensive Understanding2022

    • 著者名/発表者名
      Hironori Kaji
    • 学会等名
      A-COE 2022
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] In silico material design for highly-efficient OLEDs2022

    • 著者名/発表者名
      Hironori Kaji
    • 学会等名
      ICEL2022
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Rate-constant prediction and its application to electroluminescent materials2022

    • 著者名/発表者名
      Katsuyuki Shizu, Hiroyuki Tanaka, Hironori, Kaji
    • 学会等名
      ICEL2022
    • 国際学会
  • [学会発表] Molecular scale analysis of charge transport in organic amorphous systems by multiscale simulation2022

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Sato, Hironori Kaji
    • 学会等名
      ICEL2022
    • 国際学会
  • [学会発表] Thioxanthone‐containing Blue Thermally Activated Delayed Fluorescent Emitter2022

    • 著者名/発表者名
      Natsuko Kanno, Yongxia Ren, Yu Kusakabe, Katsuaki Suzuki, Katsuyuki Shizu, Hiroyuki Tanaka,
    • 学会等名
      ICEL2022
    • 国際学会
  • [学会発表] A novel TADF molecule with fast reverse intersystem crossing for the application to solutionprocessed hyperfluorescent systems2022

    • 著者名/発表者名
      Yongxia Ren, Hironori Kaji
    • 学会等名
      ICEL2022
    • 国際学会
  • [学会発表] 有機ELの固体NMR解析2022

    • 著者名/発表者名
      梶 弘典
    • 学会等名
      高分子学会22-2NMR研究会
    • 招待講演

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公開日: 2023-12-25  

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