Nonradiative Transition Beyond Energy-Gap Law in Fused-Ring pi-Conjugated Molecules

稠环π共轭分子中超越能隙定律的非辐射跃迁

• 批准号: 22K19062
• 负责人: 大北 英生
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K19062/
• 关键词: 縮環系共役分子; 蛍光寿命; 発光量子収率; 輻射遷移速度; 無輻射遷移速度; 再配向エネルギー; エネルギーギャップ則; 凝集状態; 縮環系π共役分子; 共役高分子; 無輻射遷移; 凝集構造

令和4年度は、バンドギャップエネルギーの異なる種々の縮環系π共役分子の輻射ならびに無輻射遷移速度を蛍光寿命ならびに発光量子収率測定を行うことにより系統的に検討した。まず溶液系について検討したところ、輻射遷移速度はバンドギャップエネルギーによらずほぼ一定の値を示し、モル吸光係数と良い相関を示すことから遷移双極子モーメントに支配されていることが分かった。いずれの分子もほぼ同程度のモル吸光係数を示したことから輻射遷移速度もバンドギャップエネルギーによらずほぼ一定の値を示したと考えられる。一方、無輻射遷移速度はバンドギャップエネルギーに対して一見するとばらついた値であり明瞭な傾向が見られないものの、再配向エネルギーの大きな分子群と小さな分子群に分けて解析すると、それぞれの分子群ごとにエネルギーギャップ則が成立することを明らかにした。興味深いことに、再配向エネルギーの小さな群は大きな群よりも無輻射遷移速度が抑制されており一重項励起子が長寿命であることを見出した。さらに、高分子薄膜に分散することにより分子内回転や振動を抑制した系の構築を試みた。ポリスチレンを媒体して用いると分子分散せずに薄膜中においても凝集構造が見られたが、オレフィン系ポリマーを媒体として用いると低濃度で分子分散した膜が得られることを見出した。濃度を変えて凝集状態を系統的に変えた系に対して同様の測定を行い、凝集状態が輻射ならびに無輻射遷移速度に対してどのような影響を与えるのかについて検討する予定である。

在2022年，通过测量荧光寿命和发光量子产率，可以系统地研究具有不同带隙能的各种融合环π共轭分子的辐射和非辐射过渡速率。首先，当我们检查溶液系统时，发现辐射过渡速率几乎是恒定的，无论带隙能量如何，并且与摩尔灭绝系数有良好的相关性，因此它由过渡偶极矩支配。由于所有分子均表现出大致相同水平的摩尔灭绝系数，因此据信，辐射过渡速率与带隙能量无关，也显示出几乎恒定的值。另一方面，尽管非放射性过渡速率是乍一看与带隙能量不同的值，并且没有明确的趋势，但据透露，当将其分为具有较大的重新定向能和小分子基的分子组时，为每个分子组建立了一个能隙规则。有趣的是，我们发现，小组的重定向能比较大的组具有更抑制的辐射过渡速率，并且单线激子具有更长的寿命。此外，我们尝试构建一个系统，其中分子内旋转和振动通过将其分散在聚合物薄膜中而被抑制。当聚苯乙烯用作培养基时，在薄膜中观察到聚集结构，而无需分子分散，但是当将烯烃聚合物用作培养基时，发现可以获得具有分子分散在低浓度下的膜。将对系统的系统进行类似的测量，通过不同的浓度改变聚集状态，并且将检查聚集状态对辐射和非辐射过渡速率的影响。

项目成果

Correlating the structures and photovoltaic properties in phase-separated blends of conjugated donor polymers and acceptors

• DOI: 10.1038/s41428-022-00718-9
• 发表时间: 2022-10
• 期刊: Polymer Journal
• 影响因子: 2.8
• 作者: Jihun Jeon;Kiyotaka Doi;H. Kim;H. Ogawa;M. Takenaka;Hideo Ohkita

Exciton Dynamics of Fused Ring Conjugated Nonfullerene Acceptors Based on Dithienonaphthobisthiadiazole

基于二噻吩萘并双噻二唑的稠环共轭非富勒烯受体的激子动力学

• 发表时间: 2022
• 作者: Yuki Sato;Hiroya Yamada;Tsubasa Mikie;Itaru Osaka;Hideo Ohkita
• 通讯作者: Hideo Ohkita

ジチエノナフトビスチアジアゾール骨格をベースとした縮環π共役分子の無輻射遷移

基于二噻吩萘并双噻二唑骨架的稠合π共轭分子的非辐射跃迁

• 发表时间: 2022
• 作者: 佐藤友揮;石川巧;三木江翼;尾坂格;キムヒョンド;大北英生
• 通讯作者: 大北英生

高分子太陽電池とペロブスカイト太陽電池の共通点と相違点 ～効率20%へのアプローチ～

聚合物太阳能电池与钙钛矿太阳能电池的异同~接近20%效率~

• 发表时间: 2022
• 作者: Koizumi Wataru;Otsubo Shuya;Furutani Shogo;Niki Kunihiro;Takayama Koichi;Fujimura Shota;Maekawa Takanobu;Koyari Ryosuke;Ihara Makoto;Kai Kenji;Hayashi Hideo;Ali Mohammad Shaokat;Kage-Nakadai Eriko;Sattelle David B.;Matsuda Kazuhiko;大北英生
• 通讯作者: 大北英生

Exciton Dynamics of Fused Ring Conjugated Molecule Based on Dithienonapthobisthiadiazole

基于二噻吩并联噻二唑的稠环共轭分子激子动力学

• 发表时间: 2022
• 作者: Yuki Sato;Tsubasa Mikie;Hiroya Yamada;Itaru Osaka;Hideo Ohkita
• 通讯作者: Hideo Ohkita