透明発光体を志向した凝集誘起発光性単分子膜の作製

针对透明发光材料的聚集诱导发光单分子层的制备

• 批准号: 21K14499
• 负责人: 入谷 康平
• 金额: $ 1.66万
• 依托单位: Tokyo University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14499/
• 关键词: 気液界面; 凝集有機発光; 単分子膜; 両親媒性分子; 透明発光体; テトラフェニルエチレン; 凝集誘起発光

近年、自動車のフロントガラスやパーティションなどの透明表示パネルに用いられる透明蛍光体に関心がもたれている。透明蛍光体の従来の作製方法として、蛍光物質の微粒子化やレアメタルを用いる方法があるが、微粒子化が困難であることや原料が高価であることなどの課題がある。一方で、蛍光分子を用いることで安価かつ軽量性やフレキシブル性を維持した透明発光体が得られると期待されるが、蛍光分子の多くは固体状態になると消光することが知られている。そこで本研究では、凝集状態でも効率的に発光する凝集誘起発光性 (AIE) 分子を用いた単分子膜を構築すること、またその発光波長を制御することを目的とした。単分子膜の形成は、大面積で二次元的周期構造を形成できる気液界面を利用し、AIE分子としてテトラフェニルエチレン (TPE) 骨格を用いた両親媒性分子を用いることとした。これまでに、気液界面に分子を安定に配置するために、親水基をもつTPE誘導体を合成した。この分子を用いて、気液界面において単分子膜を作製したところ蛍光を発する膜が得られることを明らかにした。得られた分子膜をシリコン基板に転写した後、原子間力顕微鏡観察により膜厚を測定すると、単分子膜厚であることが示唆された。またガラス基板に転写後、分光器により発光波長を測定した。一方で、炭素数１２のアルキル鎖を導入したTPE誘導体を合成し単分子膜の作製を試みたところ、水面で安定な分子膜を構築しないことが分かった。アルキル鎖の炭素数が大きく疎水効果が大きかったため、単分子膜を形成するより水面上で分子が凝集したことが原因だと考えられる。膜形成の安定化において、気液界面に配置される分子の分子間力相互作用が鍵となると考え、分子間がより接触できるよう骨格を拡張した分子を設計し、合成に着手している。さたに波長変換として骨格の共役系を拡張した分子の合成も進めている。

近年来，人们对用于汽车挡风玻璃和隔板等透明显示面板的透明荧光粉产生了兴趣。传统的透明荧光粉生产方法包括将荧光物质制成细粒和使用稀有金属，但存在细粒制作困难、原材料昂贵等问题。另一方面，预计通过使用荧光分子，将有可能获得廉价且保持轻质和柔韧性的透明发光材料，但众所周知，大多数荧光分子在固态时会猝灭。因此，本研究的目的是使用聚集诱导发光（AIE）分子构建单层，即使在聚集状态下也能有效发光，并控制发射波长。为了形成单层，我们决定利用气液界面，它可以在大面积上形成二维周期性结构，并使用具有四苯乙烯（TPE）骨架的两亲性分子作为AIE分子。到目前为止，我们已经合成了带有亲水基团的TPE衍生物，以便使分子在气液界面稳定排列。利用这种分子，我们在气液界面制备了单分子薄膜，发现可以获得发射荧光的薄膜。将得到的分子膜转印至硅基板后，通过原子力显微镜测定膜厚，结果可知为单分子膜。转移至玻璃基板后，使用分光计测量发射波长。另一方面，当我们尝试合成具有12个碳烷基链的TPE衍生物并创建单分子膜时，我们发现它并没有在水面上形成稳定的分子膜。这被认为是由于烷基链中的碳原子数较多且疏水作用较大，因此分子在水面上聚集而不是形成单分子膜。我们相信，位于气液界面的分子之间的分子间力相互作用是稳定成膜的关键，因此我们设计并合成了具有扩展骨架的分子，使分子之间有更多的接触。我们还在合成具有用于波长转换的扩展共轭系统的分子。

项目成果

気液界面におけるテトラフェニルエチレン誘導体の凝集誘起発光性単分子膜の形成

四苯乙烯衍生物在气液界面聚集诱导发光单分子层的形成

• 发表时间: 2022
• 作者: 入谷康平;幾田慶次郎;松原由卓;山下俊
• 通讯作者: 山下俊

Construction of Monolayer with Aggregation-Induced Emission Effect at the Air/Water Interface using Tetraphenylethylene Derivative Having Long Alkyl Chains

使用具有长烷基链的四苯乙烯衍生物在空气/水界面构建具有聚集诱导发射效应的单分子层

• 发表时间: 2021
• 作者: Kohei Iritani;Yoshitaku Matsubara;Keijiro Ikuta;Takashi Yamashita
• 通讯作者: Takashi Yamashita

気液界面において形成する凝集誘起発光性単分子膜の発光波長の制御に関する研究

气液界面聚集诱导发光单分子层发射波长控制研究

• 发表时间: 2021
• 作者: 森山誠大;入谷康平;山下俊
• 通讯作者: 山下俊