テトラセン分子ワイヤにおける特異な励起子輸送の発現と高次集積化への展開

并四苯分子线中独特激子输运的表达及其向高阶集成的发展

基本信息

批准号：
20J13133
负责人：
中村俊太
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J13133/
关键词：
テトラセン分子ワイヤ一重項分裂励起子輸送

项目摘要

一光子から二励起子が生成する光物理過程である一重項分裂 (SF) を用いることで、光エネルギー変換の変換効率の大幅な向上が期待されている。しかしながら、解決すべき課題も多く、その一つは、強い色素間相互作用による励起子の迅速な失活である。そこで、申請者は励起子の失活を抑制するための戦略として一次元的な分子ワイヤにおける励起子輸送という現象に着目した。本研究では、SFを進行することができる分子であるテトラセンの一次元的な分子ワイヤの合成、またSFを介した励起子輸送過程の観測および機構解明を目的とする。本年度は前年度の達成項目を踏まえ、温度依存過渡吸収をはじめとする各種高速分光によるSFおよびそれに続く励起子輸送の詳細なメカニズムの解明を目標として掲げた。まず、テトラセン分子ワイヤに対して温度依存過渡吸収測定を行い、熱力学的なパラメータに関する解析を行った。その結果、テトラセンユニット数が増加するごとに相関のある三重項対状態から独立した三重項状態への開裂過程における活性化エントロピー変化の値が大きくなり、また末端にエネルギーアクセプタ部位を導入した分子ワイヤにおいて最も大きな活性化エントロピー変化を示した。以上により、ユニット数の増加及びアクセプタ部位の導入によって励起子輸送が発現するだけではなく、三重項量子収率が増加することがわかった。また、活性化エントロピー増大のメカニズムとして、ユニット数の増加による活性化状態数の増加、並びにエネルギーアクセプタ部位の導入による振電相互作用が寄与していることが明らかになった。以上のように、分子ワイヤにおけるSFおよびそれを介した励起子輸送過程において温度依存過渡吸収測定を行い、詳細な熱力学的パラメータを決定することでメカニズムを解明した例は皆無である。

单线态裂变（SF）是一种由单个光子产生双激子的光物理过程，其使用有望显着提高光能转换的转换效率。然而，还有许多问题需要解决，其中之一是由于染料之间的强相互作用导致激子快速失活。因此，申请人关注一维分子线中的激子输运现象作为抑制激子失活的策略。在这项研究中，我们的目标是合成一种可以进行SF的一维并四苯分子线，并观察和阐明SF中激子传输的机制。今年，在去年取得的成就的基础上，我们设定的目标是利用各种高速光谱技术（包括温度依赖性瞬态吸收）阐明SF和随后的激子输运的详细机制。首先，对并四苯分子线进行了温度依赖性瞬态吸收测量，并分析了热力学参数。结果，随着并四苯单元数量的增加，从相关三重态对状态到独立三重态的裂解过程中的活化熵变化显示出最大的活化熵变化。由上可知，增加单元数量并引入受主位点不仅可以诱导激子传输，而且可以提高三线态量子产率。此外，还揭示了活化熵增加的机制是由于单元数量的增加而导致活化态数量的增加，以及由于引入能量受体位点而导致的振动相互作用。如上所述，目前还没有通过进行温度依赖性瞬态吸收测量和确定详细的热力学参数来阐明分子线中SF的机制以及通过其进行激子传输过程的例子。