表面プラズモン効果との融合による一重項分裂のパラダイムシフト

通过表面等离子体效应融合实现单线态裂变的范式转变

• 批准号: 21K19011
• 负责人: 羽會部 卓
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K19011/
• 关键词: 一重項分裂; 表面プラズモン効果

一重項分裂(Singlet Fission: SF)とは近接した二分子間で一光子の吸収過程から相関の強い三重項対(TT)を介して二つの三重項励起子(T1 + T1)を生成する多励起子生成反応である。三重項収率ΦTは最大200%のため光エネルギー変換利用が大いに期待されている。しかしながら、最低励起一重項状態(S1)のエネルギーE(S1)と三重項状態のE(T1)の間のE(S1) > 2E(T1)というエネルギー適合条件がSF分子には必須であり、これを満たす分子は一般に非常に限られている。本研究ではE(S1) > 2E(T1)の縛りのないSF等をめざし、その戦略の一つとして表面プラズモン共鳴と融合する。2022年度は以下の研究を行った。まず、2021年度に続いてアセン系分子のアントラセン誘導体に着目して、２つのアントラセン誘導体をフェニル基（スペーサー）で連結した各種二量体の合成だけでなく、定常分光および時間分解分光の物性評価を行った。リンカー構造を最適化することでアントラセン誘導体でもSFの逆反応である三重項ー三重項消滅（TTA）を抑えることができ、SFの進行を確認できた。2021年度と比べて更なるSFの高効率化を実現し、詳細な励起ダイナミクスを明らかにすることができた。また、異なるリンカー構造で連結したペリレン二量体やアセン修飾金属ナノクラスター（アルカンチオールで連結）も現在合成中である。今後これらの化合物を順次合成を完了した後に、定常および時間分解分光における物性評価を行う予定である。

单线态裂变（SF）是一种多层系统，通过两个相邻分子之间一个光子的吸收过程中高度相关的三线态对（TT）产生两个三线态激子（T1 + T1）。由于三重态产率ΦT高达200%，其在光能转换方面的应用被寄予厚望。然而，最低激发单重态（S1）的能量E（S1）与三重态E（T1）之间的能量匹配条件E（S1）> 2E（T1）对于SF分子来说是必不可少的，满足这个条件的分子要求通常非常有限。在本研究中，我们的目标是不受 E(S1) > 2E(T1) 约束的科幻小说，并将其与表面等离子体共振相结合作为策略之一。 2022年，我们进行了以下研究。首先，从2021年开始，我们将重点关注并苯类分子的蒽衍生物，不仅合成两个蒽衍生物与苯基（间隔基）连接的各种二聚体，还将评估稳定的物理性质。状态光谱学和时间分辨光谱学我做到了。通过优化连接体结构，即使使用蒽衍生物，我们也能够抑制SF的逆反应——三重态-三重态湮灭（TTA），并且我们能够确认SF的进展。与 2021 年相比，我们能够进一步提高 SF 的效率并明确详细的激励动态。此外，目前正在合成与不同连接体结构连接的苝二聚体和并苯修饰的金属纳米簇（通过链烷硫醇连接）。完成这些化合物的合成后，我们计划使用稳态和时间分辨光谱来评估它们的物理性质。

项目成果

Charge‐Segregated Stacking Structure with Anisotropic Electric Conductivity in NIR‐Absorbing and Emitting Positively Charged π‐Electronic Systems

近红外吸收和发射带正电的 π 电子系统中具有各向异性电导率的电荷分离堆叠结构

• DOI: 10.1002/anie.202216013
• 发表时间: 2023
• 作者: Yamasumi Kazuhisa;Ueda Kentaro;Haketa Yohei;Hattori Yusuke;Suda Masayuki;Seki Shu;Sakai Hayato;Hasobe Taku;Ikemura Ryoya;Imai Yoshitane;Ishibashi Yukihide;Asahi Tsuyoshi;Nakamura Kazuto;Maeda Hiromitsu
• 通讯作者: Maeda Hiromitsu

Synergetic Role of Conformational Flexibility and Electronic Coupling for Quantitative Intramolecular Singlet Fission

构象灵活性和电子耦合在定量分子内单线态裂变中的协同作用

• DOI: 10.1021/acs.jpcc.1c04734
• 发表时间: 2021
• 作者: Nakamura Shunta;Sakai Hayato;Nagashima Hiroki;Fuki Masaaki;Onishi Kakeru;Khan Ramsha;Kobori Yasuhiro;Tkachenko Nikolai V.;Hasobe Taku
• 通讯作者: Hasobe Taku

量子収率200%の三重項励起子生成を可能にする一重項分裂：材料探索から光エネルギー変換・応用展開へ

单线态裂变可产生量子产率为 200% 的三线态激子：从材料探索到光能转换和应用开发

• 发表时间: 2022
• 作者: 羽曾部 卓

タンペレ大学(フィンランド)

坦佩雷大学（芬兰）

Controlled molecular assemblies of chiral boron dipyrromethene derivatives for circularly polarized luminescence in the red and near-infrared regions

手性硼二吡咯亚甲基衍生物的受控分子组装，用于红色和近红外区域的圆偏振发光

• DOI: 10.1039/d2tc05006d
• 发表时间: 2023
• 影响因子: 6.4
• 作者: Sakai Hayato;Suzuki Yudai;Tsurui Makoto;Kitagawa Yuichi;Nakashima Takuya;Kawai Tsuyoshi;Kondo Yuta;Matsuba Go;Hasegawa Yasuchika;Hasobe Taku
• 通讯作者: Hasobe Taku