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2023 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 / 動的核偏極NMR / 熱活性化遅延蛍光
研究実績の概要

1) TADF分子では、S1-T1間のエネルギー差を小さくするため、HOMO/LUMOを空間的に分離させることが求められる。このHOMO/LUMOの分離はドナー(D)-アクセプター(A)間のねじれ角により大きく左右されるが、有機EL素子内で分子は非晶状態にあるため、その角度がどのようになっているかは不明であった。今回、A02班の鈴木グループ(G)と共同で、動的核偏極固体NMR法により、非晶膜におけるTADF分子のD-A間ねじれ角の定量的解析法を開発し、その定量化に成功した(J. Am. Chem. Soc., 145, 16324 (2023))。また、筑波大学の丸本Gと共同で、TADFデバイスのoperando ESR測定に成功した(Sci. Rep., 13, 11109 (2023))。
2) 有機ELの素子寿命は大きな問題として残されている。我々は、その要因と考えられる材料純度を高める手法を開発した(ACS Sustainable Chem. Eng., 10.1021/acssuschemeng.3c07671)。
3) 我々が領域内で提供したTADF分子設計法を基に、今年度も新たなTADF分子を開発した (Bull. Chem. Soc. Jpn., 97, 1 (2024), A01班の今堀G、秋山Gとの共同研究、Sci. Rep., 13, 7644 (2023), A03班の儘田Gとの共同研究、J. Mater. Chem. C, 11, 5968 (2023), 奈良先端大 河合Gとの共同研究、ACS Appl. Opt. Mater., 10.1021/acsaom.3c00475, インドとの共同研究)。
4) 我々が以前に開発したTADF分子を基に、TADF現象の動的挙動-発光特性相関を英国との共同研究により進めた(J. Phys. Chem. C, 127, 8607 (2023))。ドイツとの共同研究では、1CT, 3CT両準位に影響を与えることなく、3LE準位を独立に変化させることにより発光特性を向上させたTADF分子群に対する基礎研究を進めた(Appl. Phys. Express, 10.35848/1882-0786/ad392a)。

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

当初予定していた研究実績の概要3)の新規TADF材料の開発のみならず、研究実績の概要1) において、これまで世界中の誰も知りえなかったD-A間のねじれ角を定量的に解析する手法を確立し、その定量化に成功した。また、研究実績の概要2)においても、現在問題となっている素子寿命に対する一つの解決策を提案している。共同研究は、上記を含め、領域内では14グループとの間で研究を進め、また、海外とは研究実績の概要3)のグループを含め、9グループとの間で共同研究を進めている。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

昨年度、大きな進展があった、発光に関わるすべての速度定数の定量的予測に関する研究は、現在さらなる展開へと発展しつつある。また、領域内の中野Gとの共同研究で、新たなTADF材料が開発されつつある。さらに、最低励起一重項(S1)と三重項(T1)のエネルギー準位が逆転したinverted S1-T1分子に関する研究を現在進めている。今後、これらの研究をさらに大きく推進させる。

  • 研究成果

    (40件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 4件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (22件) (うち国際学会 13件、 招待講演 12件) 産業財産権 (1件)

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

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      Durham University/University of St Andrews
  • [国際共同研究] Julius-Maximilians-Universitat Wurzburg/University of Cologne(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Julius-Maximilians-Universitat Wurzburg/University of Cologne
  • [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
  • [国際共同研究] University of Parma(イタリア)

    • 国名
      イタリア
    • 外国機関名
      University of Parma
  • [国際共同研究] Kyung Hee University(韓国)

    • 国名
      韓国
    • 外国機関名
      Kyung Hee University
  • [国際共同研究]

    • 他の国数
      1
  • [雑誌論文] Benzoylfuran- and Thiophene-Based Thermally Activated Delayed Fluorescence Emitters for Organic Light-Emitting Diodes2024

    • 著者名/発表者名
      Thamodharan Viswanathan, Yu Kusakabe, Upasha Acharyya, Hironori Kaji and Pachaiyappan Rajamalli
    • 雑誌名

      ACS Appl. Opt. Mater.

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1021/acsaom.3c00475

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Significant Waste Reduction in Liquid Chromatography by a Reusable Large-Volume Monolithic Silica Column2024

    • 著者名/発表者名
      Riichi Miyamoto, Kazuyoshi Kanamori, Hiromichi Nakagawa, Hiroyuki Tanaka and Hironori Kaji
    • 雑誌名

      ACS Sustainable Chem. Eng.

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1021/acssuschemeng.3c07671

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Triarylborane-based thermally activated delayed fluorescence materials with an efficient reverse intersystem crossing2024

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke Okumura, Yu Kusakabe, Florian Rauch, Lukas Lubczyk, Katsuaki Suzuki, Todd Marder and Hironori Kaji
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Express

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ad392a

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] The Perfluoroadamantyl group: a bulky and highly electron-withdrawing substituent in thermally activated delayed fluorescence materials2024

    • 著者名/発表者名
      Midori Akiyama, Yuka Yasuda, Daiki Kisoi, Yu Kusakabe, Hironori Kaji and Hiroshi Imahori
    • 雑誌名

      Bull. Chem. Soc. Jpn.

      巻: 97 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1093/bulcsj/uoae025

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Conformational, Host, and Vibrational Effects Giving Rise to Dynamic TADF Behavior in the Through-Space Charge Transfer, Triptycene Bridged Acridine-Triazine Donor Acceptor TADF Molecule TpAT-tFFO2023

    • 著者名/発表者名
      Hector Miranda-Salinas, Angela Rodriguez-Serrano, Jeremy M. Kaminski, Fabian Dinkelbach, Nakagawa Hiromichi, Yu Kusakabe, Hironori Kaji, Christel M. Marian*, and Andrew P. Monkman
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. C

      巻: 127 ページ: 8607-8617

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.2c07529

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A binaphthalimide motif as a chiral scaffold for thermally activated delayed fluorescence with circularly polarized luminescence activity2023

    • 著者名/発表者名
      Yugo Tsuji, Natsuko Kanno, Chigusa Goto, Shohei Katao, Yasuo Okajima, Pablo Reine, Paulius Imbrasas, Sebastian Reineke, Katsuyuki Shizu, Takuya Nakashima, Hironori Kaji, Tsuyoshi Kawai and Marine Louis
    • 雑誌名

      J. Mater. Chem. C

      巻: 11 ページ: 5968-5978

    • DOI

      10.1039/d3tc00316g

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Multiple donor-acceptor design for highly luminescent and stable thermally activated delayed fluorescence emitters2023

    • 著者名/発表者名
      Bhagya Madushani, Masashi Mamada, Kenichi Goushi, Thanh Ba Nguyen, Hajime Nakanotani, Hironori Kaji and Chihaya Adachi
    • 雑誌名

      Sci. Rep.

      巻: 13 ページ: 7644

    • DOI

      10.1038/s41598-023-34623-9

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Direct operando observation and control of charge states in organic light-emitting diodes with a thermally activated delayed fluorescence material2023

    • 著者名/発表者名
      Shintaro Yumoto, Junya Katsumata, Fumiya Osawa, Yoshimasa Wada, Katsuaki Suzuki, Hironori Kaji and Kazuhiro Maru
    • 雑誌名

      Sci. Rep.

      巻: 13 ページ: 11109

    • DOI

      10.1038/s41598-023-38063-3

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Torsion Angle Analysis of a Thermally Activated Delayed Fluorescence Emitter in an Amorphous State Using Dynamic Nuclear Polarization Enhanced Solid-State NMR2023

    • 著者名/発表者名
      Katsuaki Suzuki and Hironori Kaji
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: 145 ページ: 16324-16329

    • DOI

      10.1021/jacs.3c05204

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multiple Stimuli-Responsive Supramolecular Organic Framework under Concomitant Emission Color Changes2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Tanaka, Yoshiyuki Mizuhata, Norihiro Tokitoh, Riichi Miyamoto, Kazuyoshi Kanamori and Hironori Kaji
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. C

      巻: 127 ページ: 20459-20465

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.3c03459

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Unusual flexibility of transparent poly(methylsilsesquioxane) aerogels by surfactant-induced mesoscopic fiber-like assembly2023

    • 著者名/発表者名
      Ryota Ueoka , Yosuke Hara, Ayaka Maeno, Hironori Kaji, Kazuki Nakanishi and Kazuyoshi Kanamori
    • 雑誌名

      Nat. Commun.

      巻: 15 ページ: 5461

    • DOI

      10.1038/s41467-024-44713-5

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 分子動力学および動的モンテカルロ法による有機蒸着膜中での分子配向と電荷移動度の予測2024

    • 著者名/発表者名
      石原 蔵人、梶 弘典
    • 学会等名
      2024年第71回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 項間交差より高速な逆項間交差を有する新規有機発光材料の開発2024

    • 著者名/発表者名
      奥村 亮祐、田中 啓之、志津 功將、福嶋 祥平、梶 弘典
    • 学会等名
      2024年第71回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Computer-based Materials Design and Comprehensive Understanding of Emitters in Organic Light-Emitting Diodes2023

    • 著者名/発表者名
      Hironori Kaji
    • 学会等名
      14th Japan-China Joint Symposium on Conduction and Photoconduction in Organic Solids and Related Phenomena
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Multiscale Simulation for OLEDs: Molecular-Level Understanding of Charge Traps2023

    • 著者名/発表者名
      Kaji Hironori
    • 学会等名
      The 9th International Symposium on Dynamic Exciton (ISDyEx) and International Symposium on Chiral Nanostructures for Photonique Applications
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] In-Silico Molecular Design, Device Fabrication, Multiscale Simulation, and NMR for OLEDs2023

    • 著者名/発表者名
      Hironori KAJI
    • 学会等名
      Strasbourg/Osaka/Kyoto Symposium on Organic Electronics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Molecular design, Device Fabrication, Multiscale Simulation, and NMR for OLEDs2023

    • 著者名/発表者名
      Hironori Kaji
    • 学会等名
      3rd International Symposium on Dynamic Exciton (ISDyEx)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 固体NMR・DNP-NMRによる非晶構造解析とその有機ELへの応用2023

    • 著者名/発表者名
      梶弘典、鈴木克明
    • 学会等名
      日本核磁気共鳴学会 第62回NMR討論会
  • [学会発表] Quantitative Prediction of All Rate Constants Relevant to Emission and Quantitative Structure Determination in Amorphous Emitters2023

    • 著者名/発表者名
      Hironori Kaji
    • 学会等名
      The 15th Asian Conference on Organic electronics 2023
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Rational Molecular Design for Accelerating Reverse Intersystem Crossing in TADF2023

    • 著者名/発表者名
      Yu Kusakabe, Hironori Kaji
    • 学会等名
      The 2nd Seminar on International Core-to-Core Project Nano Carbon Device Science at Kyoto
    • 国際学会
  • [学会発表] Molecular-Level Analysis of Charge Traps in An Organic Amorphous Film by Multiscale Simulation2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Sato, Hironori Kaji
    • 学会等名
      The 2nd Seminar on International Core-to-Core Project Nano Carbon Device Science at Kyoto
    • 国際学会
  • [学会発表] NMR Studies on Organic Light-Emitting Diodes2023

    • 著者名/発表者名
      梶 弘典
    • 学会等名
      第23回若手NMR研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] マルチスケールシミュレーションを用いた有機非晶膜における電荷トラップの分子レベル解析2023

    • 著者名/発表者名
      佐藤 弘毅、上田 駿、梶 弘典
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] Quantitative Solid-State NMR analysis of amorphous structures in organic light-emitting diodes2023

    • 著者名/発表者名
      Hironori Kaji
    • 学会等名
      SMASH 2023
    • 国際学会
  • [学会発表] Accelerating Reverse Intersystem Crossing in Thermally Activated Delayed Fluorescence via the Heavy-Atom Effect2023

    • 著者名/発表者名
      Katsuyuki Shizu, Hironori Kaji
    • 学会等名
      International Congress on Pure & Applied Chemistry (ICPAC) Bali 2023
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 可逆なクロミック特性を示す刺激応答性超分子有機構造体2023

    • 著者名/発表者名
      田中 啓之、水畑 吉行、時任 宣博、宮本 利一、金森 主祥、梶 弘典
    • 学会等名
      2023年光化学討論会
  • [学会発表] Quantitative Amorpous Structure Analysis of Organic Light-emitting Materials by Solid-state NMR2023

    • 著者名/発表者名
      Hironori Kaji
    • 学会等名
      ACS FALL 2023
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Material Design on Dynamic Exciton2023

    • 著者名/発表者名
      Hironori Kaji
    • 学会等名
      The 10th International Summer Course on "Dynamic Exciton"
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Host effect in solution-processed hyperfluorescence systems2023

    • 著者名/発表者名
      Yongxia Ren、梶 弘典
    • 学会等名
      「有機EL討論会」第36回例会
  • [学会発表] 有機非晶系におけるマルチスケール電荷輸送解析-移動度の分布と電荷トラップの分子論的理解-2023

    • 著者名/発表者名
      佐藤 弘毅、梶 弘典
    • 学会等名
      「有機EL討論会」第36回例会
  • [学会発表] 多重共鳴熱活性型遅延蛍光における逆項間交差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
      日本コンピュータ化学会2023年春季年会
  • [学会発表] Structural and Dynamics Analysis of Organic Semiconducting Materials by Solid State NMR2023

    • 著者名/発表者名
      K. Suzuki and H. Kaji
    • 学会等名
      243rd ECS Meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Computational Approach for Materials Design and Comprehensive Understanding of Organic Light-Emitting Diode2023

    • 著者名/発表者名
      H. Kaji
    • 学会等名
      243rd ECS Meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [産業財産権] 化合物の処理方法、化合物又はその反応物の製造方法、化合物の処理システム及び交換用の処理カラム2023

    • 発明者名
      金森主祥、宮本利一、梶弘典、田中啓之、中川博道
    • 権利者名
      金森主祥、宮本利一、梶弘典、田中啓之、中川博道
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2023-112226

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公開日: 2024-12-25  

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