三重項－三重項消滅による近赤外光から可視光へのアップコンバージョン分子システム

通过三重态-三重态湮灭将分子系统从近红外光上转换为可见光

基本信息

批准号：
15J03549
负责人：
雨森翔悟
金额：
$ 3.33万
依托单位：
Kanazawa University (2017)Kyushu University (2015-2016)
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-三重項消滅を利用したフォトン・アップコンバージョン(TTA-UC)は、太陽光のような低強度の光を励起光として利用可能であるため、近年盛んに研究が行われている。実際に可視光から可視光へのTTA-UCに関してはこれまでに高効率な分子系が多数報告されている。一方で近赤外光から可視光へのTTA-UCは太陽電池の効率向上や光触媒等の応用上重要な波長域にもかかわらず、その報告例は少なく、また報告されているTTA-UC効率は依然として低いままである。そこで本研究では高効率な近赤外光から可視光へのTTA-UCを達成する分子系の構築を目的とした。本年度は上述の目的を達成するために、「低いエネルギー損失で有機物の三重項を増感可能な半導体ナノ粒子(CdSe/CdS, PbS)」と、「色素（アントラセンもしくはテトラセン）が整然と配列し、高速な三重項エネルギー移動が期待される多孔性配位高分子」との複合体を利用したTTA-UC系に関する研究を行った。半導体ナノ粒子による適用波長域の拡大（長波長化）と多孔性配位高分子によるTTA効率の向上を期待した。結果として、半導体ナノ粒子と多孔性配位高分子の複合化に成功し（HR-TEM、EDX元素マッピングにより確認）、可視光から可視光、近赤外光から可視光へのTTA-UCが達成された。本系は半導体ナノ粒子と多孔性配位高分子の複合体によるTTA-UCの初めての例である。半導体ナノ粒子の凝集等により高いTTA-UC効率は得られなかったが、半導体ナノ粒子と多孔性配位高分子の複合化後もそれぞれの有利な点が保持されていることが示唆されており、今後半導体ナノ粒子の分散性向上により高効率な近赤外光から可視光へのTTA-UCが期待される。なおこの研究成果は本年度にジャーナルに発表された(研究成果1)。

近年来，由于可以使用太阳光等低强度光作为激发光，因此利用三重态-三重态湮灭的光子上转换（TTA-UC）得到了积极的研究。事实上，从可见光到可见光，许多高效的TTA-UC分子系统已经被报道。另一方面，虽然从近红外光到可见光的TTA-UC是提高太阳能电池效率以及光催化剂等应用的重要波长范围，但对其的报道却很少，且报道的TTA-UC效率仍然很低。因此，本研究的目的是构建一个实现从近红外光到可见光高效TTA-UC的分子系统。今年，为了实现上述目标，我们将开发“能够以低能量损失敏化三重态有机物质的半导体纳米颗粒（CdSe/CdS、PbS）”和“排列在其中的染料（蒽或并四苯）”。我们对具有多孔配位聚合物的复合物进行了TTA-UC系统的研究，该系统有望表现出高速三线态能量转移。我们期望通过使用半导体纳米粒子来扩大适用的波长范围（更长的波长），并通过使用多孔配位聚合物来提高TTA效率。结果，我们成功地复合了半导体纳米颗粒和多孔配位聚合物（通过HR-TEM和EDX元素图谱证实），并实现了从可见光到可见光以及从近红外光到可见光的TTA-UC。该系统是使用半导体纳米颗粒和多孔配位聚合物复合材料的 TTA-UC 的第一个例子。尽管由于半导体纳米颗粒的聚集而无法获得高TTA-UC效率，但表明即使在半导体纳米颗粒与多孔配位聚合物复合后，仍能保持各自的优点。在未来，高效的TTA-UC将在近期实现。 -通过提高半导体纳米颗粒的分散性，有望实现从红外光到可见光的发展。这项研究的结果发表在今年的期刊上（研究结果1）。