東京科学大，光電子機能を持つ有機薄膜を開発

東京科学大学と慶應義塾大学は，さまざまな分子ユニットやポリマーを二次元構造へ集合化させる超分子足場を用いたアプローチにより，ペンタセンユニットが二次元集積化した有機薄膜を作製し，集合構造においてペンタセンが高速な一重項分裂と，それに続く高効率なフリー三重項生成の両方を発現することを見いだした（ニュースリリース）。

一重項分裂は，一つの励起一重項状態から二つの励起三重項状態が生成される現象であり，原理的に一つの光子から二つの励起子を形成できるため，薄膜太陽電池や光電子デバイスの性能向上の観点からも大きな注目を集めている。

固体状態で効率的な一重項分裂を発現させるためには，クロモフォア同士が互いに近接しながらも，その周囲に一重項分裂の過程で生じるクロモフォアのコンフォメーション変化を許容する空間を確保する空間設計が必要である。しかし，そのような集合構造を実現するための合理的な方法論は確立されていなかった。

研究グループは，ペンタセンユニットを三脚型トリプチセンの橋頭位にアセチレン結合を介して導入したサンドイッチ型誘導体（化合物1）を設計し，その集合構造と光物性を調べた。また，分子長の短いアントラセン誘導体（化合物2）も合成し，参照化合物として用いた。

これらの化合物のクロロホルム溶液を基板上にキャストすることで，期待通りの二次元構造を持つフィルムを作製することに成功した。作製したフィルムにおいて，化合物1のペンタセンクロモフォアは一重項分裂を発現するために十分なクロモフォア同士の重なりと，それにより生成した励起三重項対が二つのフリー三重項へ解離するために必要なコンフォメーション変化を許容するクロモフォア周りの空間の両方を有している。

化合物2のフィルムにおいても同様な規則性の集合構造が得られるが，アントラセンユニットの分子長が短いため，クロモフォア同士の重なりは見られない。

詳細な分光学的測定と解析により，1のキャストフィルムに対して励起光を照射すると，励起一重項状態から励起三重項対が効率的に生成することが明らかになった。この過程は，ペンタセン誘導体の単結晶に匹敵するほど高速に進行することも明らかにした。

さらに，励起三重項対は二つのフリー励起三重項へと効率的に解離することを見いだした。一方，2のフィルムではアントラセンのクロモフォア間の電子的カップリングが小さいため，一重項分裂は観察されなかった。

研究グループは，このアプローチにより，クロモフォアの光電子機能を引き出す二元分子集合体の設計が可能となり，次世代エネルギーデバイスの開発に向けた応用が期待されるとしている。