研究関連ニュース有機材料を用いた蓄光デバイスの高性能化に成功レアメタルを必要としない持続可能な産業の拡大と多様化に期待できる研究です。蓄光材料は非常誘導灯や時計、夜光塗料等に幅広く利用されていますが(図1)、現状の蓄光材料は結晶性無機材料で構成されており、高性能な蓄光材料はレアメタルや1000°C以上の高温処理を必要とします。材料の高性能化に成功しました。2017年に本研究グループは、世界で初めて、電子ドナー性(電子供与性)と電子アクセプター性(電子受容性)を有する二つの有機材料を混合し、加熱融解したフィルムにおいて蓄光発光が得られることを「Nature」誌に報告しました注1。蓄光発光の発光持続性能は市販される無機蓄光材料の100分の1程度に留まり、光を吸収できる波長も紫外光付近に限定されていました。酸素によって強い消光を生じるため、大気下での利用が困難でした。よるエネルギー蓄積状態の安定化によってこれらの課題を大幅に解決し、窒素下では従来に比べ約10倍の性能を示し、大気下でも機能する有機蓄光材料を実現しました(図2)。本研究の有機蓄光材料を活用すればレアメタルを必要としない持続可能な産業の拡大と多様化が期待されます。Materials」に公開されました。有機材料では、無機材料に比べて電荷分離が難しく、生成した電荷がすぐに再結合するため蓄光発光は困難でした。これまでの研究において、有機電子ドナー材料と電子アクセプター材料の界面を利用することで、電荷分離と電荷保持を可能にし、蓄光発光を実現しましたが、電子とホールは不安定な状態で膜中に保持されているため、容易に酸素と反応して消光するという課題がありました。蓄積できる電荷も限られているため発光強度が弱いという問題もありました。今回の成果では、電荷分離過程において、比較的安定な電子とホールが形成されるように分子設計を見直しました。有機薄膜内を反応性が高い電子が拡散するのではなく、比較的安定なホールが拡散するように設計しました。これにより酸素等との反応を大幅に低減することが可能となりました。ホールトラップ材料を添加することにより、ホールと電子の分離状態の安定化に成功しました(図3)。本素子は、紫外光だけでなく可視光を吸収し、蓄光発光を示します。発光波長も分子の選択によって可視光から近赤外光まで取り出すことが可能なため、バイオイメージング用途への応用も期待されます。(図3)(a)用いた分子の構造。(b)電子拡散機構とホール拡散機構。ホール拡散機構により、不安定な電子(アクセプター分子のラジカルアニオン状態)と酸素の反応を低減。(c)ホールトラップ材料による電荷分離状態の安定化。本研究成果により、有機材料における電荷分離状態の安定化が実現しました。今後は、電荷分離の効率を上げることで無機材料に匹敵する蓄光発光の実現が期待されます。安定な電荷分離状態は、蓄光材料としての利用だけでなく、熱ルミネッセンスや光刺激発光など、これまで有機材料では実現が困難であった光機能材料としても利用が期待されます。精密制御によって多彩な励起子特性の発現と発光特性の向上が可能であることが本研究で示されました。今後、更なる学理の深化を期待しています。嘉部准教授「イオン性分子の利用や、ホールトラップ材料の添加など新しいコンセプトによって非常に安定な電荷分離状態が実現しました。電荷分離状態は蓄光として利用できるだけなく、光や熱などの刺激に応答するため、様々な光機能材料への応用が期待されます。POCプログラム、九州大学エネルギー研究教育機構の支援により得られたものです。暗闇で光る材料が使われています。この材料の効率的かつ安価な作製にOIST嘉部量太准教授が挑んでいます。安定、長期保存が可能な21電子メタロセンの開発に成功しました。効果的な脳腫瘍の治療に特殊なアミノ酸を導入OISTの研究チームが、脳腫瘍に対する光線力学療法においてアミノ酸の一つであるタウリンの有用性を発見しました。沖縄の海洋生物の体内から検出されるマイクロプラスチックの量と種類を調査し、その原因となる物質を特定する研究に取り組んでいます。教育研究活動は学際的で、科学技術研究の最先端を目指しています。