Photon up-conversion promoted by molecular vibration

分子振动促进光子上转换

• 批准号: 22K19008
• 负责人: 小堀 康博
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Kobe 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-22K19008/
• 关键词: 三重項－三重項消滅; 時間分解電子スピン共鳴; スピン変換; 蛍光量子収量; 強相関多重励起子; スピン双極子相互作用; 交換相互作用; アップコンバージョン; 光アップコンバージョン; 多重励起子; 振電相互作用

太陽光発電や光触媒ならびに、有機発光素子の開発では近年、クリーンな有機材料を用いた超高効率光エネルギー変換系へのデバイス応用に急速な期待が高まっている。本計画では三重項－三重項消滅(TTA)による光アップコンバージョン(短波長変換:UC)の超高効率化を、連結系一分子レベルの分子振動が誘起する五重項－一重項スピンフリップによって合理的に達成させる。このための基礎研究として主に時間分解電子スピン共鳴(TREPR)法を用い、三重項励起子の出会いにより生成する分子内多重励起子のスピン変換過程による一重項励起子生成機構の詳細を明らかにする。熱活性化された特定の分子振動モードによる超高効率な五重項多重励起子から一重項への変換機構をTREPR法によるマイクロ波の吸収(A)や放出(E)信号の観測と、それら信号に対する量子論を用いた電子スピン分極モデルによる解析により世界で初めて実証する。連結分子によるアップコンバータ材料について、三重項増感剤と混合し、高粘性溶液やスピンコート薄膜作製を行った。時間分解蛍光測定法によって観測し蛍光量子収量およびその励起光強度依存性を測定した。超高効率化の機構解明のために、TREPR測定を用いている。強相関多重励起子5(TT)や解離状態(T1 + T1)によるマイクロ波の吸収(A)、放出(E)を示す電子スピン分極をTREPRスペクトルとして取得し、スピンハミルトニアンとして励起子スピン双極子相互作用、励起子－励起子間スピン双極子相互作用、交換相互作用(J)によるスピン相関を考慮した多重励起子スピン関数の対角化を行った。電子スピン分極移動に、分子運動による配向運動効果を導入することによって実験結果を説明しスピン統計を超えるアップコンバージョンの高効率化を合理的に説明できた。

In recent years, the development of solar photocatalysts and organic photocatalysts has been expected to increase rapidly in the use of organic materials with ultra-high efficiency. In this project, we propose to achieve a reasonable and efficient approach to the hyper-efficient molecular vibration induced by triplet term-triplet elimination (TTA). The basic research of this paper is mainly about the application of the time resolved electron resonance (TREPR) method, the generation of the triple excitation driver, the transformation process of the intramolecular multiple excitation driver, and the generation mechanism of the triple excitation driver. Thermal activation of specific molecular vibration, high efficiency, quintuple excitation, single-order conversion mechanism, TREPR method, absorption (A) and emission (E) of signals, analysis of signals, quantum theory, application of electron polarization, polarization analysis, and world history. Link molecules, triple-term sensitizers, mixtures, highly viscous solutions, and thin films Time resolved spectrophotometry is used to measure the dependence of photon emission on excitation intensity. The mechanism of ultra-high efficiency is analyzed and TREPR is determined. Strong correlation multiple excitation 5(TT) and dissociation state (T1 + T1) show absorption (A) and emission (E) of electron polarization TREPR selection and acquisition (TT) and excitation dipole interaction (TT). Exchange interaction (J) is considered to be a multiple excitation correlation. The results of electron polarization and molecular motion are explained.

项目成果

希少金属を使用しないCO2変換法を開発 ―カーボンニュートラル実現に期待―

开发不使用稀有金属的二氧化碳转化方法 - 希望实现碳中和 -

Tampere University(フィンランド)

坦佩雷大学（芬兰）

Exciton Dynamics on Triplet-Triplet Annihilation Upconversion in Organic Semiconductors Revealed by Time-Resolved EPR

时间分辨 EPR 揭示有机半导体中三重态-三重态湮没上转换的激子动力学

• 发表时间: 2022
• 作者: Tsubasa Okamoto;Seiichiro Izawa;Masahiro Hiramoto;Yasuhiro Kobori
• 通讯作者: Yasuhiro Kobori

テトラセン分子ワイヤーにおける一重項分裂で生成した多重励起子と解離状態

并四苯分子线中单线态裂变产生的多个激子和​​解离态

• 发表时间: 2022
• 作者: 婦木正明; 小堀康博;Yasuhiro Kobori
• 通讯作者: Yasuhiro Kobori

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