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。

单线态裂变（SF）是光照射产生的单线态激子分裂成两个三线态激子的现象，其在有机太阳能电池和自旋信息方面的潜在应用已被指出。为了高效表达SF并控制SF产生的三重态激子对的空间分布，申请人开发了一种具有局部改变分子间相互作用的环状结构和一维分子组装系统。具有独特几何结构的系统。在这项研究中，我们使用量子化学计算和量子动力学计算来阐明分子组装系统的结构和SF动力学之间的相关性，并制定SF控制指南，该指南也考虑了三重态激子的空间分离过程。。今年，我们将模拟由具有局部改变分子间相互作用的SF分子组成的有限一维分子组装系统和并行多环分子组装系统中的SF动力学，并研究分子组装体的结构和SF性质系统进行了相关性研究。特别地，在一维分子组装体系中，当组装体两端的三重态转移积分大于中心的三重态转移积分时，组装体中心的TT生成后促进了空间分离，并且局部揭示了引入分子间相互作用的变化可以有效控制三重态迁移。在这项研究中，策略是首先在分子组装系统中参数化地引入电子耦合，然后寻找可以用特定分子实现该参数范围的条件，但这种策略与传统的简单方法不同。以分子结构为起点的SF材料，该方法被认为是一种有用的方法，以多聚体结构和SF特性之间的相关性为起点来设计单分子和二聚体结构。