超分子自己集合が可能にする固相・水中における高効率フォトン・アップコンバージョン

通过超分子自组装实现固相和水中的高效光子上转换

基本信息

批准号：
15J03077
负责人：
小川卓
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

三重項-三重項消滅に基づくフォトンアップコンバージョン（TTA-UC）は、ドナーとアクセプターを組み合わせて行う機構であり、低強度で高効率な波長変換が可能であることから様々な分野への応用が期待されている。実用化に適する固体中の TTA-UC システムではドナー・アクセプター分子が非常に密集して存在する関係上、溶液中とは異なる様々な励起子の失活過程が存在し、これが UC 量子収率を低下させる要因であった。特にアクセプター分子間の濃度消光と UC 発光のドナー分子への逆エネルギー移動は深刻な消光過程であるにも関わらず、それを改善する方法論はこれまでほとんど提案されていないのが現状であった。そこで本研究では、種々の失活過程を抑制し、TTA-UC によって得られた一重項励起子を効率よく回収するようなエネルギー捕集分子を導入した固体 UC システムを開発の開発を試みた。その結果、アクセプター分子の発光と吸収帯が大きく重なるコレクター分子を添加することにより、薄膜状態のアクセプター蛍光量子収率が二倍以上の向上を示し、その結果固体系で最大の 9.0％というUC量子収率を実現した。また、アクセプターの一重項励起子のダイナミクスを解析することにより、29.7 nsの長寿命を有する非局在化一重項励起子が、26.1 nmもの大きな一重項拡散長を与えることを見出した。さらに、ドナー分子とコレクター分子が、薄膜中で空間的に分離して固定されているために、一重項の逆エネルギー移動が完全に抑制されていることを明らかにした。以上のように本研究では、TTA-UC 実用化のために非常に有用でありながら解決法が不明瞭であった固体 TTA-UC システムに対し独自の着眼点でその解決に臨み、その結果適切なアプローチを提案することに成功した。

基于三重态-三重态湮灭的光子上转换（TTA-UC）是一种结合了供体和受体的机制，可以进行低强度、高效率的波长转换，因此在各个领域都有应用前景。。在适合实际应用的固体TTA-UC体系中，供体和受体分子以非常密集的方式存在，因此存在与溶液中不同的各种激子失活过程，这导致了这是导致 UC 量子产率下降的一个因素。特别是，虽然受体分子之间的浓度猝灭和UC发射到供体分子的反向能量转移是严重的猝灭过程，但迄今为止很少有人提出改进它们的方法。因此，在本研究中，我们试图开发一种包含能量收集分子的固态UC系统，该系统可以抑制各种失活过程并有效地回收TTA-UC获得的单线态激子。结果，通过添加吸收带与受体分子发射带大幅重叠的集电极分子，薄膜态受体荧光量子产率提高了一倍以上，UC量子产率达到9.0%，为最高值。在固态系统中实现了产率。此外，通过分析受体中单线态激子的动力学，我们发现离域单线态激子具有29.7 ns的长寿命，其单线态扩散长度高达26.1 nm。此外，他们还发现，由于供体和收集器分子在空间上分离并固定在薄膜中，单线态反向能量转移被完全抑制。如上所述，在本研究中，我们使用独特的视角来解决固态TTA-UC系统，这对于实际应用非常有用，但我们成功地提出了一种新方法。