三重項－三重項消滅により生じた多重励起子におけるスピン変換機構の解明

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三重項－三重項消滅過程(TTA)を経由した光アップコンバージョン(UC)材料の一つである、白金オクタエチルポルフィリン(PtOEP)とジフェニルアントラセン(DPA)を混合した溶液サンプルに対して、時間分解電子スピン共鳴(ESR)測定を実施した。室温条件では、光励起されたPtOEPからのエネルギー移動を経由して、DPA分子上に生成した励起子のESR信号を観測することに成功した。スペクトル解析の結果、三重項励起子の磁気異方性パラメータであるゼロ磁場分裂定数、各スピン副準位のスピン分布割合を表す電子スピン分極率を決定した。観測されたスペクトルの大部分は孤立した三重項励起子由来であったが、わずかに二つの三重項励起子が対となった多重励起子由来の成分も含まれていることが分かった。多重励起子由来のESR信号をS/N良く検出するため、低温におけるESR測定を試みたが、ESR信号を観測できなかった。低温では溶媒の凍結により分子拡散が抑制され、DPA分子上に生成される励起子濃度の低下、およびTTA反応効率の著しい低下が起きたと考えられる。一方で、室温条件ではESR信号の溶媒粘度依存性の取得にも成功した。溶媒粘度を上げると、励起子拡散速度が低下し、ESR信号の立ち上がりおよび減衰が遅くなることが分かった。このことは、PtOEPとDPA間もしくはDPAとDPA間における二分子反応速度が電子スピン分極率の時間変化に影響を与えたことを示しており、TTA反応効率やUC発光効率に深く関わっていると考えられる。今後はこれらの実験結果を活用してTTA反応に関わる励起子の運動性をモデル計算により評価、解析し、TTAで生成する多重励起子のスピン変換機構について研究する予定である。