一重項分裂を駆動力とする革新的光反応の開発

以单线态裂变为驱动力开发创新光反应

• 批准号: 20KK0120
• 负责人: 羽會部 卓
• 金额: $ 12.06万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-10-27 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20KK0120/
• 关键词: 一重項分裂; 逐次反応; 光反応

一般に、分子の光吸収過程では一光子光学許容状態（1光子吸収→1励起子生成）のみが遷移可能であり、励起状態を介した化学反応の量子収率の最大値は100%である。さらに、分子会合体になると単量体と比較して励起子間の消滅により吸収した励起エネルギーが迅速かつ大幅に失活する。この光化学の重大な問題点の解決策として二分子近接下で1光子の吸収過程から2つの三重項励起子を生成する多励起子生成反応の一重項分裂(SF)が考えられ、三重項励起子の生成効率ΦTは200%まで向上する。この励起子の倍増が可能なSFを種々の反応系でより汎用性を高めるには材料開発を含む基礎物性評価と反応開発の両輪による基礎学理の構築が急務である。本研究では国際共同研究を通してSFを最大限活用できる逐次反応系の構築を目指す。2021年度は最低励起三重項状態（T1）のエネルギーがより高く、強相関の三重項対（TT）生成の発熱性がより乏しい特徴を有するテトラセン(Tc)の各種二量体の合成と量論的なΦT（196%）を報告した。2022年度は二量体を四量体や六量体といったオリゴマーへ展開した。まず、同種のTcで連結したホモオリゴマー[(Tc)n: n = 2, 4, 6]の比較ではTcの数の増加とともに三重項量子収率 (ΦT)は165％から182%まで増加し、Tcユニットの数に対するエントロピー増大の効果も明らかとなった。次に、末端にエネルギー受容体（TcF3）が修飾されたテトラセン6量体を別途合成し、高効率な励起子捕捉収率（ΦTrT = 176 %）を得た。末端のTcF3部位は振動促進の役割も担っており、本研究で検証した一重項分裂によって生成する2つの三重項励起子のエントロピー効果は、Tcユニット数の増加とTcF3ユニットの振動効果によって、TTの可能性が増加し、励起子の移動が促進した。また、圧力変化に伴うSFのダイナミクス変化についても明らかにした。

In general, the maximum value of the quantum yield of the molecular absorption process is 100% in the case of a photon optical tolerance state (1 photon absorption →1 excitation generation) and a transfer possibility in the case of an excitation state. In addition, the molecular assembly is rapidly inactivated by a single molecule compared to the excitation interval. The solution to this important problem in photochemistry is that the absorption process of 1 photon in the vicinity of two molecules, the generation of 2 triplet excitation drivers, the generation of 1 triplet excitation drivers and the generation efficiency of 3 triplet excitation drivers are 200% and 200% respectively. It is urgent to construct the basic theory of material development, including basic physical property evaluation and reaction development. This study is aimed at maximizing the utilization of SF through international joint research and the construction of successive reaction systems. In 2021, the lowest excitation triplet state (T1) was reported, and the high and strong correlation triplet pairs (TT) were reported. In 2022, the two volumes were expanded. Compared with Tc = 2, 4, 6, Tc = 1, Tc = 1, Tc = 2, Tc = 1, Tc = 2, Tc = 1, Tc = 1, Tc = 2, Tc = 1, Tc = 1, Second, the terminal terminal receptor (TcF3) was modified to obtain a high efficiency excitation capture rate (ΦTrT = 176%). In this study, we have demonstrated that the TcF3 site is responsible for vibration promotion, and the TcF3 site is responsible for vibration promotion. In this study, we have demonstrated that the TcF3 site is responsible for vibration promotion, and the TcF3 site is responsible for vibration promotion. The pressure changes, and so on.

项目成果

High-Yield and Long-Lived Individual Triplet Exciton Generation Using Covalently-Linked Tetracene Dimers through Intramolecular Singlet Fission

使用共价连接并四苯二聚体通过分子内单线态裂变产生高产率和长寿命的单个三线态激子

• 发表时间: 2023
• 作者: Ishikawa Ryohtaroh T.;Nakata Motoki;Katsukawa Yukio;Masada Youhei;Riethmuller Tino L.;Taku Hasobe
• 通讯作者: Taku Hasobe

Novel Acene-Based Molecules and Materials for Singlet Fission

用于单线态裂变的新型并苯分子和材料

• 发表时间: 2023
• 作者: 西山直毅;徂徠正夫;増岡健太郎;寺井周;Taku Hasobe
• 通讯作者: Taku Hasobe

Thermodynamic Control of Intramolecular Singlet Fission and Exciton Transport in Linear Tetracene Oligomers

线性并四苯低聚物分子内单线态裂变和激子输运的热力学控制

• DOI: 10.1002/anie.202217704
• 发表时间: 2023
• 期刊: Angewandte Chemie International Edition
• 作者: Nakamura Shunta;Sakai Hayato;Fuki Masaaki;Ooie Rikuto;Ishiwari Fumitaka;Saeki Akinori;Tkachenko Nikolai V.;Kobori Yasuhiro;Hasobe Taku
• 通讯作者: Hasobe Taku

Ultrafast Singlet Fission and Efficient Carrier Transport in a Lamellar Assembly of Bis[(trialkoxyphenyl)ethynyl]pentacene

双[(三烷氧基苯基)乙炔基]并五苯层状组装中的超快单线态裂变和高效载流子传输

• DOI: 10.1021/acs.jpcc.2c00864
• 发表时间: 2022
• 期刊: The Journal of Physical Chemistry C
• 作者: Sakai Hayato;Yoshino Keisuke;Shoji Yoshiaki;Kajitani Takashi;Pu Jiang;Fukushima Takanori;Takenobu Taishi;Tkachenko Nikolai V.;Hasobe Taku
• 通讯作者: Hasobe Taku

ペンタセン-Au25ナノクラスター連結体の合成と励起ダイナミクス評価

并五苯-Au25纳米团簇的合成及激发动力学评价

• 发表时间: 2021
• 作者: 酒井 隼人;細川 泰長;Tkachenko Nikolai;根岸 雄一;羽曾部 卓
• 通讯作者: 羽曾部 卓