Photon up-conversion promoted by molecular vibration

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。

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。