2018 Fiscal Year Annual Research Report
近赤外光利用を可能にする新規アップコンバージョン光エネルギー生成・回収法の開発
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17J04798
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
奥村 佳亮 九州大学, 工学府, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2020-03-31
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| Keywords | フォトン・アップコンバージョン / 三重項－三重項消滅 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、三重項－三重項消滅に基づくフォトン・アップコンバージョン（TTA-UC）における新規エネルギー生成・回収法の開発に取り組んでいる。増感剤分子と発光体分子によって構成される従来のTTA-UCシステムには、増感剤分子の系間交差や増感剤分子から発光体分子への三重項エネルギー移動といった三重項増感過程におけるエネルギー損失により、アンチストークスシフト（UCによるエネルギー変換幅）が制限されるという課題が存在していた。さらに、近赤外光を効率的に利用可能な増感剤がないため、UCが可能な波長範囲が制限されているのが現状である。これらの課題を解決し、大きなアンチストークスシフトを伴うTTA-UCを実現するためには、新規三重項増感機構に基づくTTA-UCシステムの開拓が必要であった。
近年、新規の三重項増感剤として半導性の無機ナノ結晶が注目を集めている。無機ナノ結晶を用いた系では、従来の機構で存在していた増感剤分子の系間交差に伴うエネルギー損失がないため、大きなアンチストークスシフトを伴うUCの実現が期待できる。当研究室では、ペロブスカイトナノ結晶がTTA-UCシステムにおける三重項増感剤として機能することを見出し、緑色光から青色光へのUCの観測に成功していた。
本年度は、ペロブスカイトナノ結晶を用いた系を報告例の少ない可視光領域から紫外光領域へのUCに展開するとともに、トランスミッター分子を用いた表面修飾によりUC特性が向上するという先行研究の知見の一般性を示した。ナノ結晶の合成条件や各成分の励起エネルギー準位の検討を重ねた結果、大きなアンチストークスシフト（>0.6 eV）を伴う青色光から紫外光へのUCを実現し、同波長範囲において最高水準のUC効率を達成した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は、増感剤としてペロブスカイトナノ結晶を用いることにより、三重項増感過程におけるエネルギー損失を縮小したTTA-UCシステムを構築し、大きなアンチストークスシフトを伴うUCの実現に成功した。この機構は紫外光・近赤外光領域を含む様々な波長範囲に展開可能な一般的方法論となるため、近赤外光利用を可能とするシステムの開拓において一つの大きな進展であるだけでなく、次世代のTTA-UCシステムの重要な設計指針を与え得る成果である。したがって、本研究課題の進捗状況はおおむね順調であると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記のペロブスカイトナノ結晶を増感剤として用いたTTA-UCシステムは、様々な波長範囲に展開可能な一般的方法論となり得るが、実用化には固体系への展開やUC効率の更なる向上が必要である。今後は、アモルファス性発光体分子を用いて固体系への展開を図るとともに、UC効率の向上のためナノ結晶から発光体分子への三重項エネルギー移動を高効率化する条件を明らかにする。さらに、現状のTTA-UCシステムにより生成したUCエネルギーを回収・利用するシステムの構築について検討を重ねる。
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