半導体量子ドットから有機分子への多励起子取り出し

从半导体量子点到有机分子的多激子萃取

• 批准号: 21H01909
• 负责人: 増尾 貞弘
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: Kwansei Gakuin University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01909/
• 关键词: 量子ドット; ペロブスカイト; ナノ結晶; 発光; 単一光子; エネルギー移動; 単一分子検出; ナノ材料; マルチエキシトン

発光材料や光電子デバイスの高効率化には、効率的な励起子の生成、および有効活用が必要不可欠である。しかしながら、複数の励起子(多励起子)が生成すると「励起子消滅」が起こり、励起子は失活してしまう。本研究の目的は、「励起子消滅が起こる前に、多励起子を取り出す」ことである。量子ドット(QD)表面に複数の発光性有機分子を吸着させ、QDに生成した多励起子を、エネルギー移動により複数の有機分子に取り出す。有機分子からの発光光子数を測定することで、取り出した「励起子の数」を評価し、複数の励起子が取り出し可能な条件を系統的に解明することを狙いにしている。この多励起子取り出しを可能にするには、QD内で起こる励起子消滅速度より、有機分子へのエネルギー移動速度を速くする必要がある。励起子消滅速度は、QDのサイズ、構造により制御することができる。一方、エネルギー移動については不明な点が多いため、蛍光共鳴エネルギー移動において重要なパラメーター、「スペクトルの重なり」「量子ドット-有機分子間距離」「有機分子のモル吸光係数」の依存性を精査し、得られた結果を基にメカニズムを検討していく。本年度は、QDとして臭化セシウム鉛ペロブスカイトナノ結晶（PNC）を用い、そのサイズと励起子消滅速度の相関を単一光子発生挙動を観測することにより評価した。ボーア直径より小さい5 nmから25 nmのPNCを合成し、サイズと単一発光挙動を測定したところ、10 nmよりサイズが大きくなるにつれ、単一光子発光の確率が低くなることを見出した。つまり、このサイズ領域において、励起子消滅過程より発光過程が優位になることを解明した。また、昨年合成したペリレンビスイミド誘導体とCdSeQDの組み合わせについてはエネルギー移動の観測に成功し、この組み合わせでは励起子消滅がエネルギー移動より速く起こることを明らかにした。

为了提高发光材料和光电设备的效率，必须有效的激子产生和有效使用。但是，当生成多个激子（多族激素）时，就会发生“激子歼灭”，并停用激子。这项研究的目的是“在发生激子歼灭之前删除多脱脱子”。在量子点（QD）的表面吸附了多个发光有机分子，并通过能量转移将QD中产生的多脱位子提取到多个有机分子中。目的是通过测量从有机分子发出的光子数量来评估提取的“激子数量”，并系统地阐明可以提取多个激子的条件。为了启用这种多重提取，必须提高到有机分子的能量传递速率，而不是QD内发生的激子歼灭速率。激子的歼灭率可以通过QD的大小和结构来控制。另一方面，由于能量转移存在许多未知方面，我们将检查荧光共振能量转移中重要参数的依赖性，“光谱的重叠”，“量子点 - 有机分子间距离”，和“有机分子的摩尔灭绝系数”，并根据所获得的结果检查机制。今年，我们将溴化溴化物铅钙钛矿纳米晶体（PNC）用作QD，并通过观察单光子的生成行为来评估其大小和激子歼灭率之间的相关性。合成了比BoHR直径小5至25 nm的PNC合成，并测量了大小和单发射行为，发现随着尺寸增加到10 nm，单光子发射的概率变得较低。换句话说，已经澄清的是，在此大小区域中，发光过程在激子歼灭过程中占主导地位。此外，我们成功地观察到了去年合成的per烯二酰亚胺衍生物和CDSEQD的结合的能量转移，这表明在这种组合中，激子歼灭的速度比能量转移快。

项目成果

ペリレンビスイミドの自己集合に基づくペロブスカイトナノ結晶の集合制御

基于苝双酰亚胺自组装的钙钛矿纳米晶组装控制

• 发表时间: 2022
• 作者: 久保直輝;山内光陽;増尾貞弘
• 通讯作者: 増尾貞弘

弱い量子閉じ込め領域にあるペロブスカイトナノ結晶から有機色素へのエネルギー移動評価

弱量子限制区域中钙钛矿纳米晶到有机染料的能量转移评估

• 发表时间: 2022
• 作者: 堀部春希;山内光陽;増尾貞弘
• 通讯作者: 増尾貞弘

超分子鋳型を鍵とした量子ドット配列構造の構築

使用超分子模板构建量子点阵列结构

• 发表时间: 2022
• 作者: 山内光陽;中務加奈子;増尾貞弘
• 通讯作者: 増尾貞弘

分子集合体を用いた量子ドットの1次元配列

使用分子聚集体的一维量子点阵列

• 发表时间: 2022
• 作者: 中務加奈子;山内光陽;増尾貞弘
• 通讯作者: 増尾貞弘

光制御可能なアゾベンゼン結晶の発光特性

光控偶氮苯晶体的发光特性

• 发表时间: 2021
• 作者: 岡治美穂;山内光陽;増尾貞弘
• 通讯作者: 増尾貞弘