様々な幾何構造を持つ分子集合系における一重項分裂ダイナミクスの理論研究

各种几何结构分子组装体系中单线态裂变动力学的理论研究

基本信息

批准号：
22KJ2221
负责人：
宮本孟
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Osaka 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

一重項分裂（SF）は、光照射により生じた一重項励起子が二つの三重項励起子に分裂する現象であり、有機太陽電池やスピン情報への応用可能性が指摘されている。高効率なSFの発現とSFにより生じた三重項励起子対の空間的な分布の制御を目指して、申請者は環状構造や、局所的に分子間相互作用が変化した一次元分子集合系などの特異な幾何構造を持つ分子集合系の構造に着目した。本研究では、量子化学計算と量子ダイナミクス計算の手法を用いて分子集合系の構造とSFダイナミクスとの相関関係を明らかにし、三重項励起子の空間的分離過程も考慮したSF制御指針の構築を行うことを目的とした。本年度は、SF分子によって構成される局所的に分子間相互作用が変化した有限の一次元分子集合系や、並列型マルチリング分子集合系におけるSFダイナミクスのシミュレーションを行い、分子集合系構造とSF特性の相関に関して研究を遂行した。特に一次元分子集合系では、集合系両端の三重項移動積分が中央部分に比較して大きいとき、集合系中央でのTT生成ののちに空間的分離が促進されることが明らかになり、局所的な分子間相互作用の変化の導入が三重項移動の制御に有効であることを明らかにした。本研究では、まず分子集合系の電子カップリングをパラメータ的に導入し、その後具体的な分子でそのパラメータ領域を達成しうる条件を探索するという戦略で行われたが、この戦略は従来の単分子構造を出発点としたSF材料の設計指針とは異なり、多量体の構造とSF特性の相関を出発点として単分子や二量体の構造を設計するアプローチとして有用であると考えられる。

单线分裂（SF）是一种现象，在该现象中，光照射产生的单线激子分为两个三重态激子，并且已经指出，它可以应用于有机太阳能电池和旋转信息。为了控制高效SF表达的空间分布和SF产生的三重态激子对，申请人专注于具有独特的几何结构的分子组装系统的结构，例如圆形结构和一维分子组装系统，在该系统中局部变化。这项研究旨在使用量子化学计算方法和量子动力学计算方法阐明分子组装系统的结构与SF动力学之间的相关性，并构建SF控制指南，这些指南也考虑了Triplet Excitons的空间分离过程。今年，我们在有限的一维分子组装系统中对SF动力学进行了模拟，该系统具有由SF分子组成的局部变化分子间相互作用以及平行的多环分子组装系统，并研究了分子组件结构和SF特性之间的相关性研究。特别是，在一维分子组装系统中，当组装系统两端的三重三端传递积分大于中心部分时，据揭示了在组装系统中心的TT生成后促进空间分离，并且在组中的中心部分生成TT后，引入了分子间相互作用的局部变化，有效地控制了控制三环。在这项研究中，该策略是首先将分子组装系统的电子偶联作为参数，然后搜索可以用特定分子实现参数域的条件。该策略与使用单个分子结构的起点对SF材料的常规设计指南不同，被认为是使用多组和SF属性的结构之间的相关性设计单分子和二聚体结构的方法。