平田 修造

ひらた しゅうぞう
Shuzo Hirata
電気通信大学大学院情報理工学研究科
助教
A03
専門分野有機光化学・有機光エレクトロニクス
公募班（2020-2021）

残光機能や散乱機能を可逆的に制御可能なソフトクリスタルの構築

キーワード
室温りん光、ソフトクリスタル、励起子拡散、蓄光、ベイポクロミズム、液体共役分子、エラストマー

研究概要

一般的に共役系分子の凝集体では分子間にπ電子相互作用が強く働くため、分散状態の共役分子とは光応答機能が大きく異なる場合が多い。外部刺激により大きくその分子間のπ電子相互作用を変化させることで、外部刺激により光応答機能が大きく変化する材料の構築が可能である。本研究代表者は、共役系のπ電子相互作用を外部刺激により大きく変化させることで、蓄光機能や光散乱機能が大きく変化するソフトクリスタル機能を構築する。具体的な研究内容は、高効率長寿命室温りん光能を有する分子をドープしたホストソフトクリスタルにおいて、ホストソフトクリスタルの三重項励起子拡散能を外部刺激により制御することで室温蓄光の可逆ON-OFF機能を構築する。

長寿命室温りん光のON-OFFの材料モデル

また、共役分子液体と共役高分子のエラストマーを構築し、共役液体分子と共役高分子間の相互作用を伸縮により変化させることで光拡散機能が大きく変化する材料の構築を行う。

液体共役分子/高分子エラストマーの伸縮に伴う可逆光散乱

弱外部刺激におけるπ電子相互作用の変化を用いた新しい光応答機能とそのメカニズムの学術を構築する。

公募班（2018-2019）

ソフトキラル分子結晶による刺激応答性室温円偏光蓄光材料の創生

キーワード
三重項励起子、室温りん光、蓄光、円偏光発光、励起子拡散
関連する研究者
研究協力者: Martin Vacha(東京工業大学物質理工学院、教授）

研究概要

重原子フリーの芳香族結晶からの長い発光寿命を有する室温りん光は、結晶化の際の強い分子間力によって分子の剛直性が増加し、これにより三重項励起状態からの失活因子が抑制されることで発現すると考えられている。本研究では、剛直性とは反対にソフトな部位を導入したキラル芳香族分子結晶を用いることで、芳香族結晶における三重項励起子安定化の基礎原理の解明を行うとともに低刺激による円偏光蓄光特性の変調を目指す。具体的には、（１）キラル芳香族分子へのソフト部位の導入が低刺激応答化や三重項失活因子に及ぼす影響を評価し、（２）それらに付随して生じる分子凝集変化が長寿命室温りん光やその円偏光発光に及ぼす影響の考察を行う。本研究は、重原子フリーの凝集系分子の三重項励起子の安定化メカニズムやその制御に対して新しい知見を与えるとともに、室温蓄光放射を得るための分子材料設計の拡大化に寄与する。また、その機能は従来の無機系蓄光材料にはない蓄光特性の低刺激変調化や円偏光発光等の新しい光応答機能の開拓につながる。

結晶誘起による室温蓄光特性の発現
熱刺激による可逆室温蓄光特性

研究業績

査読付発表論文

A03-13

  1. " A Rational Key of Triplet Afterglow Sensitizer Allowing Bright Long-Wavelength Afterglow Room-Temperature Emission" K. Hayashi, K. Fukasawa, T. Yamashita, *S. Hirata, Chem. Mater., 34, 1627-1637 (2022) (Supplementary Cover).
    DOI: 10.1021/acs.chemmater.1c03688
  2. " Key of Suppressed Triplet Nonradiative Transition-Dependent Chemical Backbone for Spatial Self-Tunable Afterglow" I. Bhattacharjee, H. Hayashi, *S. Hirata, JACS. Au, 1, 945-954 (2021).(Front Cover).
    DOI: 10.1021/jacsau.1c00132
  3. " Molecular Physics of Persistent Room-Temperature Phosphorescence and Long-Lived Triplet Excitons" *S. Hirata, Appl. Phys. Revs., 9, 011304 (2022).(Featured)
    DOI: 10.1063/5.0066613
  4. " Thermo-Reversible Persistent Phosphorescence Modulation Reveals the Large Contribution Made by Rigidity to the Suppression of Endothermic Intermolecular Triplet Quenching" T. Kusama, *S. Hirata, Front. Chem., 7, 788577 (2021).
    DOI: 10.3389/fchem.2021.788577
  5. "Chiral Approach to Investigate Mechanism of Highly Efficient Thermally Activated Delayed Fluorescence" K. Hayashi, A. Matsumoto, *S. Hirata, Chem. Commun. ,57, 1738-1741 (2021).(Inside Front Cover) (領域内共同研究A01公募 松本)
    DOI: 10.1039/D0CC08064K
  6. "Highly Efficient Persistent Room‐Temperature Phosphorescence from Heavy Atom‐Free Molecules Triggered by Hidden Long Phosphorescent Antenna" I. Bhattacharjee, *S. Hirata, Adv. Mat., 32, 2001348 (2020).
    DOI: 10.1002/adma.202001348
  7. "Phosphorescence Quenching of Heavy-Atom-Free Dopant Chromophores Triggered by Thermally Activated Triplet Exciton Diffusion of a Conjugated Crystalline Host" *S. Hirata, H. Hara, I. Bhattacharjee, J. Phys. Chem. C, 124, 25121-25132 (2020).
    DOI: 10.1021/acs.jpcc.0c07864
  8. "The Substituent-Induced Symmetry-Forbidden Electronic Transition Allows Significant Optical Limiting under Weak Sky-Blue Irradiance" T. Kamatsuki, I. Bhattacharjee, *S. Hirata, J. Phys. Chem. Lett., 11, 8675-8681 (2020).
    DOI: 10.1021/acs.jpclett.0c02694
  9. "Vibrational Radiationless Transition from Triplet States of Chromophores at Room Temperature" *S. Hirata, I. Bhattacharjee, J. Phys. Chem. A, 125, 885-894 (2021).
    DOI: 10.1021/acs.jpca.0c09410
  10. "Roles of Localized Electronic Structures caused by π Degeneracy due to Highly Symmetric Heavy Atom-Free Conjugated Molecular Crystals Leading to Efficient Persistent Room-Temperature Phosphorescence" S. Hirata, Adv. Sci., 6, 2019, 6, 1900410.Frontispiece)
    DOI: 10.1002/advs.201900410
  11. "Intrinsic Analysis of Radiative and Room-Temperature Nonradiative Processes Based on Triplet State Intramolecular Vibrations of Heavy Atom-Free Conjugated Molecules toward Efficient Persistent Room-Temperature Phosphorescence" S. Hirata, J. Phys. Chem. Lett., 2018, 9, 4251-4259.
    DOI: 10.1021/acs.jpclett.8b01711
  12. "Suppressed Triplet Exciton Diffusion Due to Small Orbital Overlap as a Key Design Factor for Ultralong-Lived Room-Temperature Phosphorescence in Molecular Crystals" K. Narushima, Y. Kiyota, T. Mori, S. Hirata, M. Vacha, Adv. Mat., 2019, 31, 1807268.
    DOI: 10.1002/adma.201807268
  13. "Ultralong-Lived Room Temperature Triplet Excitons: Molecular Persistent Room Temperature Phosphorescence and Nonlinear Optical Characteristics with Continuous Irradiation" S. Hirata, J. Mat. Chem. C, 2018, 6, 11785-11794.(Inside Front Cover)
    DOI: 10.1039/C8TC01417E

国内学会発表

A03-13

  1. 蓄光ナノイメージングを可能にする高輝度残光型室温りん光分子の開発”平田修造 (招待講演), 第69回高分子討論会 (iwate (online), Japan, Sep. 16-18, 2020)
  2. "理論と実験の協働によるπ共役系凝集体における三重項失活メカニズムの考察”平田修造 (招待講演), 第69回高分子討論会 (iwate (online), Japan, Sep. 16-18, 2020)

報道・アウトリーチ活動・特許・その他

A03-13

  1. 平田修造「共役分子構造に由来する三重項光物性の理解と制御」（2021.6.11）。第42回光化学若手の会
  2. 平田修造, 高輝度長寿命室温りん光の高解像空間変調媒体への応用, 化学工業, 2021, 72, 6, 357-362
  3. 平田修造「高次励起状態の電子制御による高輝度および高効率な長寿命室温りん光の抽出」（2020.7.6）。第3回”光”機到来！Qコロキウムにてonlineにて研究紹介
  4. 特願2020-078341, 平田修造, バタチャージーインドラニル, 発光材料、および蓄光材料

受賞

A03-13

  • 受賞タイトル：重原子フリー分子の三重項 励起状態からの光物理過程の研究　文部科学省　科学技術分野の文部科学大臣表彰　若手科学者賞　受賞者：平田 修造
関連ウェブサイト
連絡先
shuzohirata[at]uec.ac.jp