超低励起光強度での高効率なフォトン・アップコンバージョンの実現

超低激发光强度实现高效光子上转换

• 批准号: 22F21031
• 负责人: 楊井 伸浩
• 金额: $ 1.47万
• 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: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-22 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22F21031/
• 关键词: フォトン・アップコンバージョン; 光物性; 励起三重項

持続可能で効率的な紫外（UV）光の生成は、クリーンエネルギーの創出に非常に重要である。高エネルギー紫外線は、光触媒、太陽光発電、水素生成、CO2削減、水の分解や廃水処理などの重要な光化学プロセスなど、クリーンエネルギー研究分野の多彩な用途に有用である。そのためこれまでにもさまざまな手法で紫外線を発生させる試みがなされてきた。しかし、従来の手法では環境への負荷が高く、効率も低いという問題があった。そこで本研究では、低エネルギーの可視光を用いて高エネルギーの紫外線を生成するフォトン・アップコンバージョンについて検討を行った。可視光で増感でき紫外域に高効率な発光を示す新規な発光性分子の設計と合成を行った。簿骨格としてベンゼン環にフラン環が縮環したBDSを用い、更にエネルギー準位の調整のためにトリイソプロピルシリルエチニル（TIPS)基を修飾したTIPS-BDSを合成した。TIPS-BDSは多段階のステップにより合成し、カラムを用いた精製を行った。得られた生成物は1H-NMR、13C-NMRによって同定した。基本的な光学的研究として、UV-Vis吸収、定常蛍光、時間分解寿命、量子収率測定を行い、紫外域に高い蛍光量子収率（MeCN中で74%）を示す優れた発光体であることが分かった。イリジウム錯体と組み合わせることでTIPS-BDSは可視光から紫外光へのアップコンバージョンを示し、その効率は22.5%と非常に高いことが分かった。この効率はこれまで報告された中でもトップクラスであり、極めて優れた新規アップコンバージョン材料の開発に成功した。

可持续且高效地产生紫外线 (UV) 对于创造清洁能源至关重要。高能紫外线可用于清洁能源研究中的各种应用，包括光催化、太阳能发电、制氢、二氧化碳还原以及水分解和废水处理等重要的光化学过程。因此，已经尝试使用各种方法来产生紫外线。然而，传统方法存在环境影响大、效率低的问题。因此，在本研究中，我们研究了光子上转换，即利用低能量可见光产生高能量紫外光。我们设计并合成了一种新型发光分子，它可以被可见光敏化，并在紫外区域发射高效的光。以苯环与呋喃环稠合的BDS为骨架，TIPS-BDS进一步用三异丙基甲硅烷基乙炔基（TIPS）基团进行修饰以调节能级。 TIPS-BDS 通过多个步骤合成并使用柱纯化。所得产物通过 1 H-NMR和 13 C-NMR进行鉴定。在基础光学研究方面，我们进行了紫外-可见吸收、稳态荧光、时间分辨寿命和量子产率测量，发现它是一种优异的发光体，具有高荧光量子产率（MeCN中为74%）这就是我发现的。当与铱络合物结合时，TIPS-BDS表现出从可见光到紫外光的上转换，并且效率极高，达到22.5%。这种效率是有史以来最高的效率之一，我们已经成功开发出一种极其优越的新型上转换材料。