拡散制御による太陽光駆動型アップコンバージョン系の開発

利用扩散控制开发太阳能驱动的上转换系统

• 批准号: 22K05267
• 负责人: 由井 樹人
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Niigata University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05267/
• 关键词: アップコンバージョン; 閾値; 太陽光駆動; 拡散制御; 三重項消滅; 三重項寿命

長波長の光を高エネルギーな短波長光へと変換する、フォトン・アップコンバージョン系(PUC)は、太陽光の高度利用のための重要な要素技術である。しかし、現在研究されているPUC系の多くは、光子密度が極めて高いレーザー光を光源として用いており、実質的に太陽光下で駆動 する反応系とは言い難い。我々は、分子の拡散現象という新たな視点に基づきPUCを開発し、非レーザー光であってもPUCが可能かつ、7 mW/cm2 以下という極めて低い閾値を観測することに成功している。これらの予備的検討をもとに、本系の更なる高性能化を行い、将来的には太陽光下で駆動するPUC系の構築を目指す。拡散制御を行う媒体として、粘土鉱物やドナー・エミッターのイオン対などに着目して研究を行った。本年度では、イオン性のドナーとエミッター分子の合成を行い、これら分子群の基本的な光化学特性について詳細に調査した。独自合成したドナー分子は、水溶液においても約300マイクロ秒という極めて長い三重項寿命を有しており、有望なドナーであることを明らかにした。さらに進んで、これらイオン性ドナーとエミッターの組み合わせを「水溶液中」で仔細に検討した。アニオン性のドナー分子とアニオン性のエミッター分子であるDCDPAを組み合わせたところ、非レーザー光源である通常の蛍光分光光度計を用いても良好なPUC発光が認められた。一方、カチオン性のドナーとエミッターの組み合わせでは、PUC発光が認められなかった。これらをベースに本年度は、純水溶液を用いたアニオン・アニオンの組み合わせによるPUC特性に関して仔細に調査したところ、そのPUC閾値は測定下限の6mW/cm2以下であった。太陽光でPUCを行うための閾値目標は、概ね5mW/cm2であり、本系の閾値は、太陽光の有効活用に十分資する値である。これらの成果を、学会発表や原著論文で発表した。

光子上转换系统（PUC）将长波长光转换为高能，短波长光，是用于晚期太阳能利用率的重要元素技术。但是，目前正在研究的大多数PUC系统都使用具有极高光子密度的激光作为光源，因此很难说它们是在阳光下基本上驱动的反应物。我们已经基于对分子扩散现象的新观点开发了PUC，并成功地观察了7 mW/cm2或更低的极低阈值，即使使用非激光。基于这些初步研究，我们将进一步改善该系统的性能，将来我们旨在建立一个在阳光下驱动的PUC系统。研究的重点是粘土矿物质和离子对供体和发射器，作为控制扩散的培养基。今年，我们进行了离子供体和发射极分子的合成，并详细研究了这些分子的基本光化学特性。最初的供体分子的三重寿命非常长，即使在水溶液中也约为300微秒，这清楚地表明它是一个有前途的供体。进一步，我们仔细研究了这些离子供体和发射器在“水溶液中”中的组合。当组合阴离子供体分子和阴离子发射器分子DCDPA时，即使是常规的荧光分光光度计（是非激光光源），也观察到良好的PUC发射。另一方面，在阳离子供体和发射极的组合中未观察到PUC发射。基于这些因素，我们使用纯水溶液对今年的阴离子和阴离子组合的PUC特征进行了详细研究，发现PUC阈值低于测量的下限。用阳光执行PUC的阈值目标约为5MW/cm2，并且该系统的阈值足以有效利用阳光。这些结果是在会议演讲和原始论文中提出的。

项目成果

Clayを用いたフォトン・アップコンバージョン

使用 Clay 进行光子上转换

• 发表时间: 2022
• 作者: Nakadai Yuki;Tsuchiya Shuta;Uehara Masumi;Umezawa Sena;Motoki Reina;Umezawa Hibiki;Ikoma Tadaaki;Yui Tatsuto;大石江・由井樹人;中_優希・由井樹人
• 通讯作者: 中_優希・由井樹人

層状半導体膜への大型分子の導入：前駆体法の検討

将大分子引入层状半导体薄膜：前驱体方法的研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Nakadai Yuki;Tsuchiya Shuta;Uehara Masumi;Umezawa Sena;Motoki Reina;Umezawa Hibiki;Ikoma Tadaaki;Yui Tatsuto;大石江・由井樹人;中_優希・由井樹人;大石江・齋藤雄聖・由井樹人
• 通讯作者: 大石江・齋藤雄聖・由井樹人

フォトン・アップコンバージョンの対イオンの影響

抗衡离子对光子上转换的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Nakadai Yuki;Tsuchiya Shuta;Uehara Masumi;Umezawa Sena;Motoki Reina;Umezawa Hibiki;Ikoma Tadaaki;Yui Tatsuto;大石江・由井樹人;中_優希・由井樹人;大石江・齋藤雄聖・由井樹人;梅澤響・中_優希・由井樹人
• 通讯作者: 梅澤響・中_優希・由井樹人

無機ナノシートを用いた LbL 積層体の特性

使用无机纳米片的LbL层压板的特性

• 发表时间: 2022
• 作者: Nakadai Yuki;Tsuchiya Shuta;Uehara Masumi;Umezawa Sena;Motoki Reina;Umezawa Hibiki;Ikoma Tadaaki;Yui Tatsuto;大石江・由井樹人;中_優希・由井樹人;大石江・齋藤雄聖・由井樹人;梅澤響・中_優希・由井樹人;堀珠緒・本木麗奈・由井樹人
• 通讯作者: 堀珠緒・本木麗奈・由井樹人

Photon Upconversion with a Low Threshold Excitation Intensity in Plain Water

普通水中低阈值激发强度的光子上转换

• DOI: 10.1021/acs.jpcb.2c04109
• 发表时间: 2022
• 期刊: The Journal of Physical Chemistry B
• 作者: Nakadai Yuki;Tsuchiya Shuta;Uehara Masumi;Umezawa Sena;Motoki Reina;Umezawa Hibiki;Ikoma Tadaaki;Yui Tatsuto
• 通讯作者: Yui Tatsuto