Investigating structural dynamics in singlet fission using femtosecond infrared spectroscopy

使用飞秒红外光谱研究单线态裂变的结构动力学

基本信息

批准号：
18H05981
负责人：
宮田潔志
金额：
$ 1.91万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-08-24 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題では、主に１．機能性有機分子の固体について、光励起状態の構造ダイナミクスを追跡する技術として有機固体に適用可能な時間分解赤外分光（TRIR）の技術を確立でき、２．機能性有機分子の例として近年有機発光材料として注目されている熱活性化遅延蛍光（TADF）分子のTRIRによる励起状態構造ダイナミクスの解明と機能発現の関連に関して重要な知見を得ることに成功した。研究を進めるうえで根幹を担うTi:Sapphireレーザーのメンテナンスや修理に予算を割く必要が急遽生じたため当初計画していた設備を必ずしも整えることはできなかったが、臨機応変に研究計画を考え直し共同研究先から得た材料の測定にスムーズに切り替えることができたため、補って余りある成果を得ることができた。まず、TRIRを光ダメージの閾値が低い機能性分子の集合体に適用するためには、細やかな実験条件の検討ができるよう自由度が高い実験装置を構築する必要があった。そこで、均一な試料を得るために有機分子をホスト材料に均一に分散させる調整方法の確立、および試料の光ダメージを軽減するために常に照射場所をかえられるTRIR装置を構築した。また、機能性分子の集合体としての機能を解明するためには、溶液中での挙動も分子レベルで理解する必要がある。そこで、TADFを示すカルバゾール-ベンゾニトリル誘導体に注目し、TADFの機能の発現の有無と励起状態構造ダイナミクスの関連を詳細に調べた。結果として、励起状態での構造ダイナミクスを抑えることがTADFの活性化障壁を軽減することを示唆する、重要な知見を得ることができた。当初狙っていた系を測定するには至らなかったものの、一重項励起分裂の知見をまとめたレビューを発表することもでき、広く凝縮系における機能性分子の構造ダイナミクスを追跡する装置を構築できたため重要な足がかりを得たと考えている。

本研究课题主要围绕1.我们建立了一种可应用于有机固体的时间分辨红外光谱（TRIR）技术，作为跟踪固体功能有机分子光激发态结构动力学的技术；我们通过 TRIR 成功阐明了热激活延迟荧光 (TADF) 分子的激发态结构动力学，该分子最近作为有机发光材料作为功能性有机分子的一个例子而受到关注，并获得了有关功能性有机分子之间关系的重要知识。表达。由于我们突然需要分配预算用于钛宝石激光器的维护和维修，这是我们研究的支柱，我们不一定能准备好我们最初计划的设备，但我们灵活地重新考虑了我们的研究计划并进行了由于我们能够顺利地切换到测量之前获得的材料，因此我们能够获得超出补偿的结果。首先，为了将 TRIR 应用于光损伤阈值较低的功能分子组装，有必要构建一个高自由度的实验装置，以便可以考虑详细的实验条件。因此，为了获得均匀的样品，我们建立了将有机分子均匀分散到主体材料中的方法，并构建了可以不断改变照射位置以减少光对样品的损伤的TRIR装置。此外，为了阐明功能分子作为聚集体的功能，有必要在分子水平上了解它们在溶液中的行为。因此，我们关注具有TADF的咔唑-苯甲腈衍生物，并详细研究了TADF功能的存在或不存在与激发态结构动力学之间的关系。结果，我们获得了重要的发现，表明抑制激发态的结构动力学会降低 TADF 的活化势垒。尽管我们无法测量我们最初目标的系统，但我们能够发表一篇综述，总结单线态激发分裂的发现，并且我们能够构建一种广泛跟踪凝聚态功能分子结构动力学的设备。我认为我们已经取得了重要的立足点。