九大ら,⻘⾊光をUVBへとアップコンバージョン

九州⼤学と独ヨハネス・グーテンベルク⼤学マインツ(JGU)は,⻘⾊LED光をUVB光へとアップコンバージョンする⾊素材料を発⾒した(ニュースリリース)。

低いエネルギーの⻑波⻑光を⾼いエネルギーの短波⻑光に変換するアップコンバージョンの機構の中でも,有機分⼦の三重項−三重項消滅に基づくアップコンバージョン(TTA-UC)は,他の機構よりも弱い強度の光を変換可能であるという利点がある。

TTA-UCの中でも可視光(波⻑400nm以上)をより⾼いエネルギーを有する紫外光(波⻑400nm以下),中でも波⻑315nm以下のUVB光に変換することは,光エネルギーを⽤いた有⽤化合物の製造や,殺菌,排⽔中の有害物質の分解に有⽤となる。

UVB光は太陽光にはほとんど含まれず,⼈⼯的に⽣成するには⽔銀灯などの効率の悪い光源を使⽤するのが⼀般的であるため,太陽光や効率の良い LED光に含まれる可視光をUVB光へと変換することは応⽤上重要。

しかし従来のTTA-UCでは,⾼エネルギーなUVB光を⽣成することは困難だった。また,可視光から紫外光へのTTA-UC系の多くはイリジウムやカドミウムといった重⾦属を使⽤しており,コストと持続可能性の観点から問題を抱えていた。

研究では,UVB光を発することができ,TTA-UCに必要な励起三重項状態を⻘⾊光の照射により増感できるアクセプター分⼦を新たに開発した。⻘⾊光を吸収できるドナー分⼦と組み合わせることで,⻘⾊LED光をUVB光へとアップコンバージョンすることに成功した。

今回開発した⾊素材料は重⾦属を含まないため,⽣産するためのコストが低く,⾼い持続可能性を有する材料となることが期待されるという。

更に市販の⻘⾊LEDを光源として使⽤し,発⽣した紫外光を利⽤して,通常なら⾮常に厳しい反応条件を必要とする強い化学結合の切断を⾏なうことにも成功した。

今回実現に成功した⻘⾊光からUVB光へのアップコンバージョンの効率を更に⾼め,また⾊素材料の安定性を⾼めることで,繰り返し利⽤することが可能なUVB発⽣光源の開発が期待される。

研究グループは,より多様な光化学反応へと利⽤可能な材料を開発することで,殺菌や⽔中の有害物質の分解,有⽤化合物の製造への道が拓かれるとしている。

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