Creation of open-shell nonlinear optical molecular systems based on the generation, transport and transformation of singlet and triplet excitons

基于单线态和三线态激子的产生、传输和转换创建开壳非线性光学分子系统

• 批准号: 18H01943
• 负责人: 中野 雅由
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-01 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18H01943/
• 关键词: 一重項分裂; 非線形光学; 開殻性; エキシトン; 一重項-三重項変換; 分子集合系; ダイナミクス; ダイナイミクス; １重項-3重項変換; 三重項-三重項消滅; 一重項＆三重項変換; 三重項–三重項消滅; 一重項&-三重項変換

本年度は、昨年度に引き続き、窒素と硫黄を置換したバタフライ型のアセンについて、量子化学計算、励起子動力学シミュレーション、Marcus理論を用いてSF-induced-NLO物性の検討を行った。その結果、これらの系は、効率的なSFのエネルギーレベル整合条件を満たし、典型的なSF分子であるペンタセンよりも優れた3次NLO特性（2次超分極率γ）を示すことがわかった。また、様々なスリップ積層二量体モデルについて、相関三重項対[1(TT)]状態のSF速度とγを調べた。比較的大きな1(TT)収率を持つパッキングでは、1(TT)状態のγ/モノマーが大幅に増加することが観測され、以前の研究で得られた設計指針とよく一致している。特に、ヘテロ原子を含むバタフライ型のアセンは、他の系に比べてγ/monomerが大きく増加していることがわかった。今回得られた結果は、効率的なSF誘起NLO材料の設計指針の構築に貢献するとともに、バタフライ型アセンが従来のNLOシステムを超える可能性があることを示している。SFダイナミクスの方法論に関しては、結晶場効果について古典分極力場を用いた計算法を導入し、相対緩和因子を用いた解析法の開発に成功した。以上により、ミクロからマクロに亘るSF現象の計算解析手法が確立したため、より包括的・総合的なSFの新しい発現・制御機構や物質設計原理の発見のために最終年度前年度申請をおこない、採択された。合成実験サイドでは、アントラセン環同士を分子内で空間的に近接させた分子の合成を行い、その光物性について調べた。光学物性測定実験サイドでは、マルチラジカル性固体のNLO特性ついて、ラジカル性分子微結晶の二光子吸収スペクトル特性の再現性確認を行い、前年度の結果との整合性を確認した。これらの結果は、新たに採択された基盤Bにおいて新規SF系の観点からより詳細な機構解明に繋がると期待される。

今年，继去年的基础上，我们利用量子化学计算、激子动力学模拟和马库斯理论，研究了氮和硫取代的蝴蝶型并苯的SF诱导的NLO物理性质。结果发现，这些系统满足高效 SF 的能级匹配条件，并表现出比典型 SF 分子并五苯更好的三阶 NLO 性质（二阶超极化率 γ）。我们还研究了各种滑移堆积二聚体模型的相关三重态对 [1(TT)] 状态的 SF 速度和 γ。对于 1(TT) 产率相对较大的填料，我们观察到 1(TT) 状态下 γ/单体显着增加，这与之前研究中获得的设计指南非常一致。特别是，与其他系统相比，含有杂原子的蝴蝶型并苯被发现具有显着增加的γ/单体。这里获得的结果有助于建立高效的SF诱导的NLO材料的设计指南，并证明蝴蝶型并苯有超越传统NLO系统的潜力。关于SF动力学的方法论，我们引入了使用经典极化力场来计算晶体场效应的计算方法，并成功开发了使用相对弛豫因子的分析方法。由此建立了从微观到宏观尺度的SF现象的计算分析方法，因此在最后一年的前一年提交了申请并获得通过，以发现新的表达和控制机制SF和材料设计原理以更全面、更全面的方式完成了。在合成实验方面，我们合成了分子内蒽环在空间上彼此接近的分子，并研究了其光学性质。在光学性质测量实验方面，针对多自由基固体的NLO特性，我们确认了自由基分子微晶的双光子吸收光谱特性的再现性，并确认了与前一年的结果的一致性。这些结果预计将从新采用的平台 B 中的新 SF 系统的角度带来更详细的机制阐明。

项目成果

Diindenoanthracene Diradicaloids Enable Rational, Incremental Tuning of Their Singlet-Triplet Energy Gaps

• DOI: 10.1016/j.chempr.2020.02.010
• 发表时间: 2020-06-11
• 期刊: CHEM
• 影响因子: 23.5
• 作者: Dressler, Justin J.;Cardenas Valdivia, Abel;Haley, Michael M.
• 通讯作者: Haley, Michael M.

Push-pull-biphenyl (PPB)誘導体の開殻性、電荷移動性、非線形光学物性の相関のねじれ角依存性に関する理論研究

推拉联苯（PPB）衍生物开壳性质、电荷迁移率和非线性光学性质的扭转角依赖性理论研究

• 发表时间: 2018
• 作者: Eduardo Gomez;Yuto Suzuki;Ichiro Hisaki;Miquel Moreno;Abderrazzak Douhal;北野 奨実，山根 正暉，當波 孝凱，岸 亮平，平尾 泰一，久保 孝史，中野 雅由
• 通讯作者: 北野 奨実，山根 正暉，當波 孝凱，岸 亮平，平尾 泰一，久保 孝史，中野 雅由

量子化学工学グループ（中野研究室）

量子化学工程组（中野实验室）

[2Fe-2S]フェレドキシン活性中心の酸化還元電位と水素結合の効果に関する理論研究

[2Fe-2S]铁氧还蛋白活性中心氧化还原电位和氢键效应的理论研究

• 发表时间: 2018
• 作者: Ichiro Hisaki;Qin Ji;Kiyonori Takahashi;Norimitsu Tohnai;Takayoshi Nakamura;冨永萌・寺本玲奈・北河康隆・中野雅由;江良伊織・寺本玲奈・青木笙悟・多田隼人・北河康隆・中野雅由
• 通讯作者: 江良伊織・寺本玲奈・青木笙悟・多田隼人・北河康隆・中野雅由

Theoretical study on electronic structures of redox catalysts: [Ru(bpy)2(pbn)]2+ and [Ru(bpy)2(bpp)]2+

氧化还原催化剂[Ru(bpy)2(pbn)]2和[Ru(bpy)2(bpp)]2电子结构的理论研究

• 发表时间: 2018
• 作者: Eduardo Gomez;Maria Rosaria di Nunzio;Miquel Moreno;Ichiro;Hisaki;Abderrazzak Douhal;寺本玲奈・青木笙悟・江良伊織・多田隼人・北河康隆・中野雅由
• 通讯作者: 寺本玲奈・青木笙悟・江良伊織・多田隼人・北河康隆・中野雅由