Photon up-conversion promoted by molecular vibration

分子振动促进光子上转换

• 批准号: 22K19008
• 负责人: 小堀 康博
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K19008/
• 关键词: 三重項－三重項消滅; 時間分解電子スピン共鳴; スピン変換; 蛍光量子収量; 強相関多重励起子; スピン双極子相互作用; 交換相互作用; アップコンバージョン; 光アップコンバージョン; 多重励起子; 振電相互作用

太陽光発電や光触媒ならびに、有機発光素子の開発では近年、クリーンな有機材料を用いた超高効率光エネルギー変換系へのデバイス応用に急速な期待が高まっている。本計画では三重項－三重項消滅(TTA)による光アップコンバージョン(短波長変換:UC)の超高効率化を、連結系一分子レベルの分子振動が誘起する五重項－一重項スピンフリップによって合理的に達成させる。このための基礎研究として主に時間分解電子スピン共鳴(TREPR)法を用い、三重項励起子の出会いにより生成する分子内多重励起子のスピン変換過程による一重項励起子生成機構の詳細を明らかにする。熱活性化された特定の分子振動モードによる超高効率な五重項多重励起子から一重項への変換機構をTREPR法によるマイクロ波の吸収(A)や放出(E)信号の観測と、それら信号に対する量子論を用いた電子スピン分極モデルによる解析により世界で初めて実証する。連結分子によるアップコンバータ材料について、三重項増感剤と混合し、高粘性溶液やスピンコート薄膜作製を行った。時間分解蛍光測定法によって観測し蛍光量子収量およびその励起光強度依存性を測定した。超高効率化の機構解明のために、TREPR測定を用いている。強相関多重励起子5(TT)や解離状態(T1 + T1)によるマイクロ波の吸収(A)、放出(E)を示す電子スピン分極をTREPRスペクトルとして取得し、スピンハミルトニアンとして励起子スピン双極子相互作用、励起子－励起子間スピン双極子相互作用、交換相互作用(J)によるスピン相関を考慮した多重励起子スピン関数の対角化を行った。電子スピン分極移動に、分子運動による配向運動効果を導入することによって実験結果を説明しスピン統計を超えるアップコンバージョンの高効率化を合理的に説明できた。

近年来，在太阳能发电、光催化剂和有机发光器件的发展中，人们对使用清洁有机材料的超高效光能转换系统的器件应用的期望迅速提高。在这个项目中，我们的目标是利用耦合系统中单分子水平的分子振动引起的五重态-单重态自旋翻转，通过三重态-三重态湮灭（TTA）来提高光学上转换（短波长转换：UC）的效率。合理地实现它。作为此目的的基础研究，我们主要利用时间分辨电子自旋共振（TREPR）通过三重态激子相遇产生的分子内多重激子的自旋转换过程来阐明单重态激子产生机制的细节。通过TREPR方法观测微波吸收（A）和发射（E）信号以及通过特定热激活分子振动模式从五重态多重激子到单线态的超高效转换机制这将是世界首次展示。通过使用信号量子理论的电子自旋极化模型进行分析。基于连接分子的上转换材料与三线态敏化剂混合并制成高粘度溶液和旋涂薄膜。使用时间分辨荧光测量来测量荧光量子产率及其对激发光强度的依赖性。 TREPR 测量用于阐明超高效率背后的机制。通过强相关的多重激子 5 (TT) 和解离态 (T1 + T1) 获得显示微波吸收 (A) 和发射 (E) 的电子自旋极化作为 TREPR 谱，并将激子自旋偶极子表示为自旋哈密​​顿量。我们考虑了由于相互作用、激子-激子自旋-偶极子相互作用和交换相互作用而产生的自旋相关性，对多激子自旋函数进行了对角化（J）。通过将分子运动引起的定向运动效应引入电子自旋极化转移中，我们能够解释实验结果并合理解释超越自旋统计的上转换效率。

项目成果

Caging and photo-triggered uncaging of singlet oxygen by excited state engineering of electron donor-acceptor-linked molecular sensors

通过电子供体-受体连接分子传感器的激发态工程对单线态氧进行笼养和光触发解笼养

• DOI: 10.1038/s41598-022-15054-4
• 发表时间: 2022
• 影响因子: 4.6
• 作者: Sasikumar Devika;Takano Yuta;Zhao Hanjun;Kohara Reiko;Hamada Morihiko;Kobori Yasuhiro;Biju Vasudevanpillai
• 通讯作者: Biju Vasudevanpillai

9,10-ジフェニルアントラセンにおける三重項―三重項消滅過程の電子スピン分極

9,10-二苯基蒽三线态-三线态湮灭过程的电子自旋极化

• 发表时间: 2022
• 作者: 岡本翔;小堀康博
• 通讯作者: 小堀康博

テトラセン分子ワイヤーにおける一重項分裂で生成した多重励起子と解離状態

并四苯分子线中单线态裂变产生的多个激子和​​解离态

• 发表时间: 2022
• 作者: 婦木正明;小堀康博
• 通讯作者: 小堀康博

分子内一重項励起子分裂で生成する多重励起子の低温での構造変化とその機構:時間分解ESR法を用いた解析

分子内单线态激子裂变产生的多重激子的低温结构变化及其机制：时间分辨ESR方法分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 楠本遼太;小堀康博
• 通讯作者: 小堀康博

Thermodynamic Control of Intramolecular Singlet Fission and Exciton Transport in Linear Tetracene Oligomers

线性并四苯低聚物分子内单线态裂变和激子输运的热力学控制

• DOI: 10.1002/anie.202217704
• 发表时间: 2023
• 作者: Nakamura Shunta;Sakai Hayato;Fuki Masaaki;Ooie Rikuto;Ishiwari Fumitaka;Saeki Akinori;Tkachenko Nikolai V.;Kobori Yasuhiro;Hasobe Taku
• 通讯作者: Hasobe Taku