2019 Fiscal Year Research-status Report
Singlet Fission Materials by Engineering Inter-Exciton Vibronic Coupling
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19K05629
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
志津 功將 京都大学, 化学研究所, 助教 (10621138)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 一重項励起子分裂 / 振電相互作用 / 内部転換 / 多電子励起配置 / Fermiの黄金律 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
一重項励起子が2つの三重項励起子に分裂する現象は、一重項励起子分裂（Singlet Fission, SF）と呼ばれている。SFが起こると三重項励起子の数が増大することから、近年、SFを示す材料は三重項励起子の増感剤として注目されている。実際、SFによる三重項励起子の増感効果を活用して、有機太陽電池や有機EL素子の効率を向上させた研究が報告されている。
本研究は、有機材料におけるSFの発現機構の解明と新規なSF材料の開発を目的としている。本年度は有機材料におけるSFの速度を予測するための基礎理論の構築に取り組んだ。具体的には、SF過程において重要となる多電子励起配置間の振電相互作用を計算して解析する手法を開発し、得られた振電相互作用とFermiの黄金律から、SF速度を定量的に予測できる速度式を導出した。
開発した理論手法の有用性を実証するために、一連のテトラセン誘導体（o-BETB, m-BETB, p-BETB）について分子内SF速度を計算し、実験結果と比較した。その結果、分子内SF速度の計算結果は実験結果を定量的に再現することがわかった（K. Shizu et al., J. Phys. Chem. A; 10.1021/acs.jpca.0c03041）。さらに、振電相互作用を視覚化することで、どのような分子振動によってSFが活性化されるのかを明らかにし、分子構造の変化がSF速度に与える影響を解明した。以上の分子内SF速度の計算結果と振電相互作用の視覚化から、p-BETBの分子内SF速度はテトラセン部位の回転運動によって大幅に増大することがわかった。この結果は、同じ分子であっても分子振動により引き起こされる分子構造の変化によって分子内SF速度が大幅に増減すること、そして分子構造の制御を通した分子内SF速度の能動的制御が可能であることを示唆している。
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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
SF過程において重要となる多電子励起配置間の振電相互作用を計算して解析する手法を開発し、得られた振電相互作用とFermiの黄金律から、SF速度を定量的に予測できる速度式を導出した。これによって、有機材料におけるSFの速度を予測するための基礎理論を構築することができた。さらに、本理論手法が実験結果を定量的に再現することを実証できた。このことから、本研究はおおむね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度に開発した手法を分子凝集状態における分子間SFに展開することを目的として、結晶中のテトラセン2分子について、分子間SFの速度を計算し、実験結果と比較する。分子間SF速度の計算結果と実験結果の定量的な一致を示すことができれば、本理論手法は孤立分子ならびに分子凝集状態における分子内および分子間SFを統一的に取り扱える理論であることを実証できる。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルスの流行に伴う国内および国外での学会発表の取りやめのため、次年度使用額が生じた。未使用額は、次年度の論文投稿費用ならびに国内および国外での学会発表の旅費として使用する予定である。
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Research Products
(2 results)
