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2018 年度 実施状況報告書

ハイブリッド化を意図した配位子設計による金属錯体系固体りん光材料の創製

研究課題

研究課題/領域番号 17K04999
研究機関地方独立行政法人大阪産業技術研究所

研究代表者

渡瀬 星児  地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 研究室長 (60416336)

研究分担者 中村 優志  地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 電子材料研究部, 研究員 (70783322)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード発光性金属錯体 / 混合配位子錯体 / ハイブリッド発光材料 / エネルギー移動 / 配位子設計 / 分子間相互作用 / ユーロピウム錯体 / 金錯体
研究実績の概要

本申請課題では、無機元素の特徴を活かした機能材料を創出するにあたり、無機元素由来の優れた発光機能を示す材料の設計指針を明らかにすることが目的である。具体的には、優れた発光特性を示す金属錯体の発光する能力を損なうことなくマトリックス材料となる高分子材料にハイブリッド化することを目指して、その配位子設計指針の探索を行う。平成30年度は、分子間相互作用を介した超分子型ハイブリッドの形成について検討した。発光中心には主としてd軌道錯体のハイブリッド化を目的として、様々な置換基を導入した配位子を用いて合成した高効率発光する金錯体を用い、これらをケイ素系高分子材料であるポリシルセスキオキサンとのハイブリッド化した薄膜発光体を作製するとともに、その発光特性の評価を行った。合成した金錯体の中から結晶状態室温で約50%と高い発光量子効率を示す金錯体を用い、金とケイ素の比が1:1となるようにポリフェニルシルセスキオキサンとハイブリッド化したところ、均一で透明な薄膜を作製することができた。この金錯体は結晶状態では高い発光量子効率で発光するものの、溶液状態で発光を示さない。しかしながら、作製したハイブリッド薄膜は、発光量子効率こそ結晶状態の約1/60に減少するものの、明らかに目視できる程度に発光することが分かった。そこで、薄膜を77Kまで冷却して発光特性を評価したところ、結晶状態とほぼ同程度の発光量子効率まで改善し、明るく発光することが分かった。このような温度依存性の挙動から、ハイブリッド膜中においては配位子等による分子運動が発光を妨げているものと考えられた。

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

ユーロピウム錯体を代表とするf軌道錯体を発光中心として用いたハイブリッドでは、発光の起源となるf軌道は希土類元素において遮蔽された環境にあるため、ハイブリッド化という環境が発光特性を弱めてしまう直接原因となることは顕著ではないようである。むしろ、弱いながらもハイブリッド化されたことによるユーロピウム錯体の分子構造の歪みや構造の非対称化が結果として結晶中にある場合とは異なる発光特性をもたらすことが分かってきている。一方、d軌道錯体を発光中心に用いたハイブリッドでは、f軌道錯体の場合とは大きく異なり、d軌道が環境から受ける影響は甚大で、配位子の配座構造の揺らぎや振動などといった分子運動の影響を極めて強く受けるため、ハイブリッド化にあたって制御すべき因子が多く、まだまだ改善すべき点は多い。平成30年度に実施した分子間相互作用を介する超分子型ハイブリッドにおいて、発光中心として用いた金錯体は結晶状態では良好な発光を示すが溶液状態では発光を示さないため、凝集誘起発光の可能性を排除できなかった。しかし、高分子マトリックス中という環境下では、結晶の発光よりは弱くなるものの、室温でも発光を示すハイブリッド薄膜が得られることがわかった。また、発光特性の温度依存性から、77Kと室温では特に無放射失活速度に約10倍の差があることが分かり、発光特性を悪化させる一因であることがわかった。このことはハイブリッド化した薄膜においてもなお分子運動の影響が発光を弱める原因であることを示しており、発光中心となる錯体の分子運動を妨げることができる組み合わせを探すことが解決策の一つになり得ることがわかった。

今後の研究の推進方策

平成31年度は、主としてd軌道錯体を用いて、その発光特性がハイブリッド化したマトリックス内でどのような影響を受けるかについて検討を行う。高分子材料には引き続きケイ素系高分子材料に着目し、ケイ素と結合する有機基を一つ有するポリシルセスキオキサンを用いる。有機基に様々なタイプのものを導入し、ハイブリッド化したd軌道錯体の発光特性に与える影響について調査する。

次年度使用額が生じた理由

端数として残ったが、次年度予算に合わせて使用する。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2019 2018

すべて 学会発表 (12件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件) 産業財産権 (3件)

  • [学会発表] ポリシルセスキオキサン薄膜にハイブリッド化したフルオレンによるテルビウム錯体の増感発光2018

    • 著者名/発表者名
      小野凌平、中村優志、鈴木陽加、南聡史、御田村紘志、榎本博行、○渡瀬星児
    • 学会等名
      第67回高分子学会年次大会
  • [学会発表] Phosphorescent Materials using Rare Earth Element Sensitized by Coordination and Hybridization2018

    • 著者名/発表者名
      ○Seiji Watase
    • 学会等名
      2018 US-Japan Hybrid Materials Workshop
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ポリシルセスキオキサン膜中に構築した増感発光系に及ぼす発光体濃度の影響2018

    • 著者名/発表者名
      ○中村優志、小野凌平、御田村紘志、榎本博行、松川公洋、渡瀬星児
    • 学会等名
      第67回高分子討論会
  • [学会発表] 異なる二つの元素ブロックが連動するハイブリッド発光材料2018

    • 著者名/発表者名
      ○渡瀬星児、中村優志、御田村鉱志、南 聡史、片倉陽加
    • 学会等名
      第67回高分子討論会
  • [学会発表] ポリシルセスキオキサンと複数の金属錯体のハイブリッド化による発光色調の制御2018

    • 著者名/発表者名
      ○小野凌平、中村優志、御田村紘志、榎本博行、松川公洋、渡瀬星児
    • 学会等名
      第67回高分子討論会
  • [学会発表] ポリシルセスキオキサンと金錯体をハイブリッド化した薄膜のりん光発光特性2018

    • 著者名/発表者名
      ○中川 智、中村優志、御田村紘志、益山新樹、渡瀬 星児
    • 学会等名
      第67回高分子討論会
  • [学会発表] ポリシルセスキオキサンにハイブリッド化したフルオレン誘導体の高効率紫外発光特性2018

    • 著者名/発表者名
      ○片倉陽加、南聡史、中村優志、御田村紘志、渡瀬星児
    • 学会等名
      第67回高分子討論会
  • [学会発表] フルオレン誘導体を増感剤として用いた吸収帯制御型ハイブリッド発光材料2018

    • 著者名/発表者名
      ○南聡史、片倉陽加、中村優志、御田村紘志、渡瀬星児
    • 学会等名
      第67回高分子討論会
  • [学会発表] ポリシルセスキオキサン/金属錯体ハイブリッド薄膜におけるエネルギー移動と発光特性の関係2018

    • 著者名/発表者名
      ○中村優志、小野凌平、御田村紘志、榎本博行、松川公洋、渡瀬星児
    • 学会等名
      第37回無機高分子研究討論会
  • [学会発表] Sensitized phosphorescence of terbium complex by co-hybridized fluorene derivative in polysilsesquioxane2018

    • 著者名/発表者名
      Masashi Nakamura, Haruka Suzuki, Satoshi Minami, Koji Mitamura, ○Seiji Watase
    • 学会等名
      International Polymer Conference 2018
    • 国際学会
  • [学会発表] Phosphorescence properties and fabrication of hybrid thin film using polysilsesquioxane and gold complex2018

    • 著者名/発表者名
      ○Satoshi Nakagawa, Masashi Nakamura, Koji Mitamura, Araki Masuyama, Seiji Watase
    • 学会等名
      International Polymer Conference 2018
    • 国際学会
  • [学会発表] Color tuning of luminescent materials by hybridization of polysilsesquioxane and metal complexes2018

    • 著者名/発表者名
      ○Ryohei Ono, Masashi Nakamura, Koji Mitamura, Hiroyuki Enomoto, Kimihiro Matsukawa, Seiji Watase
    • 学会等名
      International Polymer Conference 2018
    • 国際学会
  • [産業財産権] フルオレン化合物及びその製造方法2019

    • 発明者名
      渡瀬星児、御田村紘志、中村優志、南聡史、片倉陽加
    • 権利者名
      渡瀬星児、御田村紘志、中村優志、南聡史、片倉陽加
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2019-059098
  • [産業財産権] 紫外光発光材料及びその用途2018

    • 発明者名
      渡瀬星児、御田村紘志、中村優志、南聡史、片倉陽加
    • 権利者名
      渡瀬星児、御田村紘志、中村優志、南聡史、片倉陽加
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2018-159575
  • [産業財産権] 増感剤及びその用途2018

    • 発明者名
      渡瀬星児、御田村紘志、中村優志、南聡史、片倉陽加
    • 権利者名
      渡瀬星児、御田村紘志、中村優志、南聡史、片倉陽加
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2018-159576

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公開日: 2019-12-27  

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