短寿命励起状態を高活用できる有機無機ナノ複合体の創成

创建可以高度利用短寿命激发态的有机-无机纳米复合材料

基本信息

批准号：
22KJ3033
负责人：
吉岡大祐
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Ritsumeikan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究課題の目的は「有機分子の高励起状態から強い還元特性を維持しながら電子を効率よく取り出し、その励起状態を長寿命化できる新材料の創出」である。本年度の研究では光機能性有機分子であるペリレンビスイミドの段階的二光子吸収過程によって生成した高励起状態の電子を、半導体の中で最も低い伝導帯準位を有する硫化亜鉛ナノ結晶に注入することに成功し、その励起状態ダイナミクスを解析した。また、それに付随して、光励起に伴うペリレンビスイミドの疑可逆的脱離過程を世界に先駆けて見出した。本研究で用いた無機半導体ナノ結晶は表面での反応性が高く一般的に有機分子の配位子で被覆されている。近年この配位子を機能性有機分子に置き換えた有機無機ハイブリッド材料が新たに注目を集めている。これらの材料は、光触媒、フォトンアップコンバージョン材料や太陽電池など様々な光機能性材料に応用されている。一般的に用いられる単純なアルキル構造を持つ配位子は、基底状態や光励起状態でダイナミックに結合部位が変化することが明らかになってきた。一方、機能性有機分子と半導体ナノ結晶間の結合状態は光励起前後で安定であるとみなされてきたが、その保証はない。光励起前後での配位子とナノ結晶間の結合状態の詳しい理解は、これらの材料を応用する上で重要であるといえる。そこで、高励起状態のダイナミクスに加え、ペリレンビスイミドと硫化亜鉛のナノ結晶における光励起状態での結合変化を明らかにした。この反応はフェムト秒から数秒にかけての幅広い分光測定と量子化学計算を組み合わせて解析を行っている。この研究結果を拡張することで、新規光リソグラフィー材料や光触媒などを開発することが可能であると考えられる。

该研究项目的目的是“创造一种新材料，能够有效地从有机分子的高激发态中提取电子，同时保持强还原性并延长激发态的寿命。”在今年的研究中，我们将通过光功能有机分子苝二酰亚胺的逐步双光子吸收过程产生的高激发态电子注入具有半导体中最低导带能级的硫化锌纳米晶体中，我们成功地分析了这种电子。激发态动力学。此外，我们是世界上第一个发现苝双酰亚胺在光激发下的准可逆解吸过程的人。本研究中使用的无机半导体纳米晶具有较高的表面反应性，并且通常涂有有机分子配体。近年来，用功能性有机分子取代这些配体的有机-无机杂化材料引起了新的关注。这些材料应用于各种光功能材料，如光催化剂、光子上转换材料和太阳能电池。已经清楚的是，具有简单烷基结构的常用配体的结合位点在基态和光激发态之间动态变化。另一方面，尽管假设功能有机分子与半导体纳米晶体之间的键合状态在光激发前后是稳定的，但不能保证情况确实如此。详细了解光激发前后配体和纳米晶体之间的键合状态对于这些材料的应用非常重要。因此，除了高激发态的动力学之外，我们还阐明了苝双酰亚胺和硫化锌纳米晶体在光激发态下的键变化。通过结合从飞秒到几秒的各种光谱测量和量子化学计算来分析该反应。通过扩展这项研究成果，人们认为将有可能开发出新的光刻材料和光催化剂。