【慶應義塾】優れた光電子機能を持つペンタセン自己集合有機薄膜を開発

－超分子足場を利用し、一重項分裂とフリー三重項生成の 両方を実現－

東京科学大学* 総合研究院 化学生命科学研究所／同自律システム材料学研究センター（ASMat）の福島孝典教授、福井智也助教、同 物質理工学院 応用化学系の福光真人大学院生、慶應義塾大学 理工学部 化学科の羽曾部卓教授らの研究グループは、さまざまな分子ユニットやポリマーを二次元構造へ集合化させる超分子足場を用いたアプローチにより、ペンタセンユニットが二次元集積化した有機薄膜を作製し、集合構造においてペンタセンが高速な一重項分裂と、それに続く高効率なフリー三重項生成の両方を発現することを見いだした。

一重項分裂は、一つの励起一重項状態から二つの励起三重項状態が生成される現象であり、原理的に一つの光子から二つの励起子を形成できるため、薄膜太陽電池や光電子デバイスの性能向上の観点からも大きな注目を集めている。固体状態で効率的な一重項分裂を発現させるためには、クロモフォア同士が互いに近接しながらも、その周囲に一重項分裂の過程で生じるクロモフォアのコンフォメーション変化を許容する空間を確保する空間設計が必要である。しかし、そのような集合構造を実現するための合理的な方法論は確立されていなかった。

本研究では、三脚型トリプチセン超分子足場を用いたアプローチにより、効率的な一重項分裂の発現に求められるクロモフォア同士の「近接」とその周囲への「空間の確保」という二つの条件を同時に満たす配置へとペンタセンを二次元集積化させることに成功した。このアプローチにより、クロモフォアの光電子機能を引き出す二元分子集合体の設計が可能となり、次世代エネルギーデバイスの開発に向けた応用が期待される。

本成果は、9月13日付（米国東部時間）の「Science Advances」誌にオープンアクセスで掲載された。

＊2024年10月1日に東京医科歯科大学と東京工業大学が統合し、東京科学大学（Science Tokyo）となりました。

▼全文は本学のプレスリリースをご参照ください。

https://www.keio.ac.jp/ja/press-releases/files/2024/10/1/241001-1.pdf