可視光から紫外光へのアップコンバージョン効率の世界記録を大幅に更新

　九州大学大学院工学研究院の楊井伸浩准教授、君塚信夫教授、原田直幸大学院生、佐々木陽一大学院生らは、20.5% という従来よりも遥かに高い、2倍の効率で可視光を紫外光へとアップコンバージョンする新たな分子性材料の開発に成功しました。波長400 nm 以下の紫外光により光触媒を励起することで、燃料電池自動車の燃料となる水素の製造や、屋内での消臭・抗菌を行うことができます。太陽光や室内光には紫外光がほとんど含まれず人工的に発生させる必要がありますが、紫外LEDなどを用いると余分なエネルギーを消費することになります。そこで、三重項－三重項消滅（TTA）*1,2を用いたフォトン・アップコンバージョン（UC）*3により、太陽光や室内光に多く含まれる波長400 nm 以上の可視光を紫外光へと変換することで、余分なエネルギーを使うことなく有用な紫外光を発生させることが期待されています。

　本研究では、可視光から紫外光へのアップコンバージョン効率の従来記録である10.2% を大幅に更新した20.5% という効率を達成しました。また、従来系では太陽光よりも1000倍ほど強い可視光を必要としていましたが、本系では太陽光や室内LEDといった弱い強度の可視光も紫外光へと変換することが可能です。これは高いTTAと蛍光の効率を示し、効率よく増感されるよう低い三重項エネルギー準位を有する新たな発光分子の開発により実現されました。今後は屋外や屋内において光触媒と複合化し、エネルギー・環境問題の解決に貢献すると期待されます。

　本研究成果は、2020年10月16日（金）にドイツの国際学術誌「Angewandte Chemie International Edition」にオンライン掲載されました。日本学術振興会科学研究費（JP20H02713, JP16H06513, JP18J21140）、住友財団、小笠原科学技術振興財団、積水化学研究助成の支援により行われました。

研究者からひとこと

可視光から紫外光へのアップコンバージョンは非常に有用ですので、何とかその効率を高めようと5年以上もの間、試行錯誤を繰り返してきましたが、中々達成できませんでした。コロナ禍の中で今回の分子デザインを思いつき、遂に優れた性能を示す分子と出会うことができました。今回の発見をきっかけに、分子デザインに更に磨きをかけ、エネルギー問題や屋内環境問題の解決に貢献することを目指します。

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論文情報

タイトル：Discovery of Key TIPS-Naphthalene for Efficient Visible-to-UV Photon Upconversion under Sunlight and Room Light(太陽光や室内光による可視－紫外フォトン・アップコンバージョンに向けた鍵化合物 TIPS ナフタレンの発見)
著者名：Naoyuki Harada, Yoichi Sasaki, Masanori Hosoyamada, Nobuo Kimizuka,* and Nobuhiro Yanai* (原田直幸、佐々木陽一、細山田将士、君塚信夫、楊井伸浩)
掲載誌：Angewandte Chemie International Edition (出版社 Wiley-VCH)
DOI：10.1002/anie.202012419

研究に関するお問い合わせ先

工学研究院　楊井伸浩　准教授