超高速分光を用いた光機能性有機分子におけるスピン変換過程の構造ダイナミクスの解明

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熱活性化遅延蛍光（TADF）は、非発光性の三重項励起状態から発光性の一重項励起状態へと熱的に遷移し、遅れて生成した一重項励起状態から観測される蛍光である。TADFを利用することで、有機ELを利用した有機発光ダイオード（OLEDs）の効率を飛躍的に向上することができる。しかし、TADFの詳細なメカニズムは未だ完全には明らかになっていない。TADF過程のメカニズムを詳細に明らかにすることは材料化学の観点から重要であるだけでなく、スピン変換の制御という観点において、分子科学の観点からも重要な課題である。また、OLEDsへの応用ではTADFを発現する分子は固体中で存在するため、固体中でのメカズムの解明が必要不可欠である。しかし、TADF機構の詳細な研究は溶液で行われることが多く、固体中における研究はこれからの課題であった。また、溶液中において分子の構造ダイナミクスがTADF機構に大きく関与しているということが分かってきたが、これまでの固体状態に関する研究は発光分光を用いた研究が多く、固体中における構造ダイナミクスは完全には明らかになっていなかった。そこで本研究では、固体中におけるTADF分子の励起状態構造ダイナミクスについて、時間分解赤外分光法や時間分解発光分光法を用いて調べた。これらにより固体中におけるダイナミクスを系統的に調べることができた。今回調べた系においては、溶液中で励起状態における構造変化が確認された分子でも確認されなかった分子でも、固体中では構造変化が抑制されていることが明らかになった。また、溶液中で構想変化が大きい分子は、溶液状態と固体状態で発光特性についても違いがあることが明らかになった。固体中における構造ダイナミクスと発光特性を同時に観測したことで、固体中におけるTADFメカニズムの解明につながった。