無輻射遷移過程の解明とその深青色OLED材料の分子設計への応用

2023 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 22K05253
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 佐藤 徹 京都大学, 福井謙一記念研究センター, 教授 (70303865)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• キーワード: 無輻射遷移 / 振電相互作用 / 有機EL / 内部転換 / 系間交差

研究実績の概要

無輻射遷移過程は輻射遷移過程と競合する過程であり、これを抑制することは高効率発光を示す分子を実現する上で重要である。
分子中のすべての振動モードを考慮してcrude adiabatic描像に基づく無輻射遷移速度定数の解析的表式を導出し、内部転換ならびに系間速度定数を計算するプログラムを完成させた。これらのプログラムを用いて、フルオレノンとテトラセンについて計算を行い、先行研究で報告されている実験値を再現することを確認した。これらの方法は解析表現に基づいているため、無輻射遷移に関わるとされていた準位間のエネルギー差、振電相互作用、スピン軌道相互作用のいずれが重要な寄与を果たしているかを定量的に示すことができる。さらに、crude adiabatic描像に基づいているため、輻射過程でのフォトンの役割を無輻射過程ではフォノンが果たしているということが明瞭に理解できる。また、分子振動波動関数の重なり積分であるフランクーコンドン因子が、対角あるいは非対角振電相互作用・準位間のエネルギー差のいずれで決定されているかを可視化して解析することが可能である。
これまでに我々のグループで開発されてきた振電相互作用密度の概念に基づく解析手法と本研究成果とを組み合わせることにより、実験と比較可能な速度定数の理論的予測を行いつつ、高効率発光する分子の理論設計が可能となった。
また、本プログラムと解析手法をDABNAに適用して計算・解析を実施している。

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

計算対象とした分子を変更した他は、当初の計画通りである。

今後の研究の推進方策

今後は、当初の計画通り、新規な発光分子やホスト分子の設計を行う。

研究成果

• [雑誌論文] Intersystem crossing as vibronically induced phonon emission and absorption processes: a unified view of nonradiative transitions in a molecule (2024)
  • 著者名/発表者名: Wataru Ota, Motoyuki Uejima,Naoki Haruta, Tohru Sato
  • 雑誌名: Bull. Chem. Soc. Jpn. 巻: 97 ページ: uoad020
  • DOI: 10.1093/bulcsj/uoad020
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced solid-state phosphorescence of organoplatinum π-systems by ion-pairing assembly (2024)
  • 著者名/発表者名: Yohei Haketa, Kaifu Komatsu, Hiroi Sei, Hiroki Imoba, Wataru Ota, Tohru Sato, Yu Murakami, Hiroki Tanaka, Nobuhiro Yasuda, Norimitsu Tohnai, Hiromitsu Maeda
  • 雑誌名: Chem. Sci. 巻: 15 ページ: 964-973
  • DOI: 10.1039/D3SC04564A
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of Vibronic Couplings and Energy Gap in the Internal Conversion Process of a Molecule (2023)
  • 著者名/発表者名: Wataru Ota, Motoyuki Uejima,Tohru Sato
  • 雑誌名: Bull. Chem. Soc. Jpn. 巻: 96 ページ: 582-590
  • DOI: 10.1246/bcsj.20230049
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Localised surface plasmon resonance inducing cooperative Jahn-Teller effect for crystal phase-change in a nanocrystal (2023)
  • 著者名/発表者名: Masanori Sakamoto, Masaki Hada, Wataru Ota, Fumihiko Uesugi, Tohru Sato
  • 雑誌名: Nature Commun. 巻: 14 ページ: 4471
  • DOI: 10.1038/s41467-023-40153-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Carbazole-Dendronized Luminescent Radicals (2023)
  • 著者名/発表者名: Rui Xiaotian, Wataru Ota, Tohru Sato, Minori Furukori, Yasuo Nakayama, Takuya Hosokai, Eri Hisamura, Kazuhiro Nakamura, Kenshiro Matsuda, Kohei Nakao, Andrew P. Monkman, Ken Albrecht
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 135 ページ: e202302550
  • DOI: 10.1002/ange.202302550
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spontaneous-Symmetry-Breaking Charge Separation Induced by Pseudo-Jahn-Teller Distortion in Organic Photovoltaic Material (2023)
  • 著者名/発表者名: Takeaki Zaima Takeaki Zaima Fukui Institute for Fundamental Chemistry, Kyoto University, Takano Nishibiraki-cho 34-4, Sakyo-ku, Kyoto 606-8103, Japan Department of Molecular Engineering, Graduate School of EngiTakeaki Zaima , Wataru Ota, Naoki Haruta, Motoyuki Uejima, Hideo Ohkita, Tohru Sato
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. Lett. 巻: 14 ページ: 9706-9712
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.3c02527
  • 査読あり
• [学会発表] フォノンの放出・吸収過程としての内部転換: 振電相互作用定数とエネルギーギャップの依存性 (2024)
  • 著者名/発表者名: ○佐藤 徹, 大田 航，上島 基之
  • 学会等名: 日本化学会第104回春季年会
• [学会発表] フォノンの放出・吸収過程としての無輻射遷移 (2024)
  • 著者名/発表者名: ○大田 航, 上島 基之, 春田 直毅, 佐藤 徹
  • 学会等名: 日本化学会第104回春季年会
• [学会発表] 有機薄膜太陽電池材料における自発的対称性の破れによる電荷分離 (2024)
  • 著者名/発表者名: ○在間 嵩朗, 大田 航, 春田 直毅, 上島 基之, 大北 英生, 佐藤 徹
  • 学会等名: 日本化学会第104回春季年会
• [学会発表] Snドープ亜鉛リン酸塩ガラスの発光機構 (2024)
  • 著者名/発表者名: ○河野 由帆, 春田 直毅, 正井 博和, 佐藤 徹
  • 学会等名: 日本化学会第104回春季年会
• [学会発表] 系間交差過程における振電相互作用とスピン軌道相互作用 (2023)
  • 著者名/発表者名: ○大田 航，上島 基之，佐藤 徹
  • 学会等名: 第17回分子科学討論会
• [学会発表] 内部転換過程におけるプロモーティングモードとアクセプティングモード (2023)
  • 著者名/発表者名: 大田 航，上島 基之，○佐藤 徹
  • 学会等名: 第17回分子科学討論会