高効率かつ高耐久で円偏光を示す新規発光ラジカルを開発~3Dディスプレイ、バイオイメージング、レーザー応用に期待~

2026-05-01 九州大学

九州大学先導物質化学研究所を中心とする研究グループは、赤色~近赤外領域で円偏光発光(CPL)を示す新規キラル発光ラジカルを開発した。従来、赤~近赤外領域のCPL材料は、広いπ共役系分子の合成難易度や低い発光効率が課題だった。研究チームは「プロペラキラリティー」を持つ有機ラジカル分子を設計し、従来材料に比べ約30倍高い発光効率(PLQY)と約100倍高い光安定性を実現した。さらに、室温下でもラセミ化しにくく、深赤色領域(約700nm)で安定した円偏光発光を示すことを確認した。また、この材料をポリスチレン微粒子へ導入することで、発光ラジカルとして初めて「ささやきの回廊モード(WGM)」による共振発光を観測した。これはレーザー発振前段階に相当し、光閉じ込め機構を利用した新しいフォトニクス材料として重要な成果となる。研究成果は、3Dディスプレイ、バイオイメージング、レーザー、量子情報科学分野への応用が期待され、『Angewandte Chemie International Edition』に掲載された。

高効率かつ高耐久で円偏光を示す新規発光ラジカルを開発~3Dディスプレイ、バイオイメージング、レーザー応用に期待~
開発したキラル発光ラジカルの(左)発光写真(中)構造(右)WGM発光のスペクトルと概念図

<関連情報>

プロペラ型キラル性を有する発光性ドナー・アクセプターラジカル:明るく光安定性の高い赤色円偏光発光とウィスパリングギャラリーモード共鳴 Luminescent Donor-Acceptor Radical With Propeller Chirality: Bright and Photostable Red Circularly Polarized Luminescence and Whispering Gallery Mode Resonance

Kazuhiro Nakamura, Kenshiro Matsuda, Kosuke Anraku, Keiko Yamaoka, Taisuke Matsumoto, Fumitaka Ishiwari, Takeaki Zaima, Wataru Ota, Emiko Fujiwara, Tohru Sato,
Angewandte Chemie International Edition  Published: 24 April 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/anie.1914320

ABSTRACT

Luminescent radicals are an emerging class of materials for organic electronics, bioimaging, and quantum applications. Circularly polarized luminescence (CPL) from luminescent radicals with propeller-type chirality remains challenging because it is difficult to simultaneously achieve high photoluminescence quantum yield (PLQY), high stability, and high racemization barriers. A series of brominated chiral luminescent radicals, CzTTBrM, 2CzTTBrM, and 3CzTTBrM, was obtained by attaching carbazole donors to TTBrM. The donor-acceptor-type design induces red to near-infrared (NIR) emission via charge transfer (CT) excited states with remarkably high PLQY (up to 76%) and high photostability. The new radicals possess high racemization barriers (ΔG(353K) = 27.9–29.1 kcal/mol), allowing the isolation of enantiopure compounds at room temperature. The enantiopure radicals exhibit CPL with broad emission across the red to NIR range (650–800 nm) and display BCPL values (0.76–1.1), nearly one order of magnitude higher than that of TTBrM (BCPL = 0.16). Moreover, doping these radicals into polystyrene microspheres produces whispering gallery mode (WGM) resonances, marking the first observation of WGM emission from luminescent radicals. This strategy establishes a versatile platform for integrating spin, chirality, and luminescence, offering new opportunities for applications in electroluminescence, bioimaging, and quantum photonics.

0502有機化学製品
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