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

基本信息

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

项目摘要

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。

激子的高效产生和有效利用对于提高发光材料和光电器件的效率至关重要。然而，当产生多个激子（多激子）时，会发生“激子湮灭”，激子失活。这项研究的目的是“在激子湮灭发生之前提取多个激子”。多个发光有机分子被吸附到量子点（QD）表面，QD上产生的多激子通过能量转移被提取到多个有机分子中。通过测量有机分子发射的光子数量，研究人员旨在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。为了实现这种多重激子提取，能量转移到有机分子的速率必须快于量子点内发生的激子湮灭的速率。激子湮灭率可以通过QD的尺寸和结构来控制。另一方面，由于能量转移存在许多未知因素，我们仔细研究了荧光共振能量转移中重要参数的依赖性：“光谱重叠”、“量子点-有机分子距离”和“有机分子的摩尔消光系数。”我们将根据所得结果来研究其机理。今年，我们使用溴化铯铅钙钛矿纳米晶体（PNC）作为量子点，并通过观察单光子产生行为来评估其尺寸与激子湮灭率之间的相关性。我们合成了尺寸为5 nm至25 nm（小于玻尔直径）的PNC，并测量了它们的尺寸和单光子发射行为，发现随着尺寸大于10，单光子发射的概率下降。纳米。换句话说，我们发现在这个尺寸范围内，发射过程比激子湮没过程更占主导地位。此外，我们成功地观察到了去年合成的苝双酰亚胺衍生物与CdSeQDs的组合的能量转移，并揭示了在该组合中激子湮灭发生的速度快于能量转移。