2026-11-10 大阪大学
大阪大学大学院工学研究科の武田洋平准教授らの国際共同研究グループは、分子の形を強固に固定することなく、高効率で長波長発光する新しい有機発光材料を開発した。開発した分子は、電子を与えるドナー部位と電子を受け取るアクセプター部位を組み合わせたS字形構造を持ち、分子内の空間電荷移動（TSCT）によって橙色から赤色の熱活性化遅延蛍光（TADF）を示す。NMR測定、時間分解分光測定、量子化学計算などを組み合わせた解析により、分子が複数の構造（配座）を柔軟に取りながら、光を吸収した後にも構造変化することが発光特性に重要であると解明した。この分子を用いた有機EL素子では、最大約15％の外部量子効率を達成した。従来は発光効率を高めるために分子構造を剛直化する設計が主流だったが、本研究は分子の柔軟性を積極的に活用する新たな設計指針を提示するものである。今後、高効率な赤色・近赤外発光材料の開発や、有機EL、バイオイメージングなどへの応用が期待される。
図1. 本研究の概要図。配座適応性を持つ柔軟な分子は、電子ドナーと電子アクセプターの距離や向きが異なる複数の配座をとりながらも、TSCTに適した配置を形成できる。さらに、光励起後にも構造緩和が起こることを明らかにし、こうした配座の多様性と構造緩和が長波長TADFの発光特性に関わることを示した。
＜関連情報＞
- https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2026/20261110_1
- https://pubs.acs.org/jacsat/article-abstract/doi/10.1021/jacs.6c12459/5468132/Efficient-Long-Wavelength-Through-Space-Charge
配座の固定を必要としない、効率的な長波長空間電荷移動型熱活性化遅延蛍光材料（Efficient Long-Wavelength Through-Space Charge-Transfer Thermally Activated Delayed Fluorescence in Conformationally Adaptive Emitters without Conformational Locking）
Nae Aota, Jaijanarthanan Lingagouder, Nuno Gandum, Leonardo Evaristo de Sousa, Lucy A. Weatherill et al.
Journal of the American Chemical Society 2026-11-10
DOI: 10.1021/jacs.6c12459
Tii-summary
本研究では、分子構造を強固に固定せず、柔軟な配座変化を利用して効率的な長波長発光を実現する、空間電荷移動型熱活性化遅延蛍光（TSCT-TADF）材料を開発した。研究グループは、電子ドナーと電子アクセプターを組み合わせたS字形分子を設計し、分子が複数の配座をとりながら空間電荷移動を生じる仕組みを解析した。NMR測定、時間分解発光測定、量子化学計算などにより、励起前の配座の多様性に加え、光励起後の分子構造の緩和も発光特性に関与することを明らかにした。開発した発光材料を用いた有機EL素子では、598～624 nmの橙色から赤色の発光を示し、最大14.9％の外部量子効率を達成した。本成果は、分子構造を剛直に固定する従来の設計とは異なり、分子の柔軟性を積極的に活用する新たな有機発光材料の設計指針を示すものである。
This study reports conformationally adaptive thermally activated delayed fluorescence (TSCT-TADF) emitters that achieve efficient long-wavelength emission without rigidly locking their molecular structures. The researchers designed S-shaped molecules combining electron-donor and electron-acceptor units, and investigated how multiple molecular conformations enable through-space charge transfer. NMR spectroscopy, time-resolved photoluminescence measurements, and quantum chemical calculations revealed that both conformational diversity before photoexcitation and structural relaxation after excitation contribute to the emission properties. Organic light-emitting diodes incorporating these emitters exhibited orange-to-red electroluminescence at 598–624 nm, with a maximum external quantum efficiency of 14.9%. These findings establish molecular flexibility as an alternative design strategy to conventional molecular rigidification for developing efficient long-wavelength organic emitters.
This study reports conformationally adaptive thermally activated delayed fluorescence (TSCT-TADF) emitters that achieve efficient long-wavelength emission without rigidly locking their molecular structures. The researchers designed S-shaped molecules combining electron-donor and electron-acceptor units, and investigated how multiple molecular conformations enable through-space charge transfer. NMR spectroscopy, time-resolved photoluminescence measurements, and quantum chemical calculations revealed that both conformational diversity before photoexcitation and structural relaxation after excitation contribute to the emission properties. Organic light-emitting diodes incorporating these emitters exhibited orange-to-red electroluminescence at 598–624 nm, with a maximum external quantum efficiency of 14.9%. These findings establish molecular flexibility as an alternative design strategy to conventional molecular rigidification for developing efficient long-wavelength organic emitters.
