New Photon Upconversion Routes based on Coordination Compounds

フォトン・アップコンバージョン (UC)とは長波長光を 短波長光に,すなわち低エネルギー光を高エネルギー光 に変換する現象である。UCの応用範囲は太陽電池や光 触媒などのエネルギー産出デバイスからバイオイメージ ング,ドラッグデリバリーなどのバイオテクノロジーま で幅広い。UCの機構として2光子吸収や第2次高調波 発生は古くから研究されているが,これらは太陽光に比 べて桁違いに強い励起光を必要とする。希土類ナノ粒子 を用いた UC系のバイオイメージングへの応用が検討さ れているが,有意な変換効率を出すには数 W/cm以上の 強い励起光が必要である。一方,1960年代初頭に見いだ された三重項―三重項消滅 (triplet-triplet annihilation, TTA) という現象を利用し,2000年代初頭に TTAに基づくア ップコンバージョン (TTA-UC)が提案された 。TTA-UC は太陽光レベルの弱い励起光を利用可能であり,またそ の変換効率が高いことから近年注目を集めている 。 TTA-UCのメカニズムを Fig. 1に示す。まずドナーが 光を吸収し,励起一重項状態 (S1)からの系間交差 (ISC) により励起三重項状態 (T1)を与える。その後,ドナー からアクセプターへの三重項エネルギー移動 (TTET)に より,アクセプターの三重項励起状態 (T1)が生成する。 この三重項励起状態にある2分子のアクセプターが拡 散・衝突して TTAを起こすことにより,元の励起光エ ネルギーより高いエネルギーレベルの励起一重項が生成 し,アップコンバージョン発光を発する。ここで三重項 励起エネルギー移動の各過程 (TTET,TTA)は電子交換 (Dexter)機構により進むため,分子は約 1 nm以下の距 離に接近する必要がある。