大阪大学ら、柔軟な分子で橙色〜赤色の高効率TADFを実現

ニュース紹介

「しなやかなのに、よく光る分子の謎に迫る！ ～“動く分子”で高効率な長波長TADFを実現～」

大阪大学 大学院工学研究科の武田洋平准教授らの研究チームは、デンマーク工科大学、ノーザンブリア大学、ダラム大学の研究者との国際共同研究で、分子の形を強く固定しなくても高効率に光る熱活性化遅延蛍光（TADF）分子を開発しました。光を吸収する前から複数の分子構造（配座）が存在し、吸収した後にも構造緩和が起こる「配座適応性」を持ち、橙色から赤色の長波長領域で発光します。

開発した分子は、電子を与える部位（電子ドナー）と受け取る部位（電子アクセプター）をつないだS字形の構造を持ちます。両者が空間的に近づいて空間電荷移動（TSCT）が起こり、この分子を用いた有機EL素子で最大約15％の外部量子効率を達成しました。核磁気共鳴（NMR）測定、時間分解分光測定、計算を組み合わせた解析から、光を吸収する前のさまざまな分子の形と、吸収した後の構造変化の両方が発光特性に関わることを明らかにしています。本研究成果は、2026年11月10日付で米国科学誌「Journal of the American Chemical Society」に掲載されました。

出典：大阪大学・科学技術振興機構（JST） 2026年11月10日 共同発表／掲載誌：Journal of the American Chemical Society／DOI：10.1021/jacs.6c12459
https://www.jst.go.jp/pr/announce/20261110/index.html

FrontJournalの解説

この研究分野について

有機EL（電流を流すと有機材料が光る素子）では、電流で生じる励起子（エネルギーを持った状態）のうち、一重項が約25％、三重項が約75％とされます。従来の蛍光材料は一重項からしか光を取り出せませんでした。熱活性化遅延蛍光（TADF）は、周囲の熱を使って三重項を一重項へ移す逆項間交差（スピンの向きが変わる遷移）を利用し、三重項のエネルギーも発光に使う仕組みです。

発光を橙色や赤色などの長波長にするほど、光を出さずにエネルギーが失われる無放射失活が起こりやすく、高い発光効率を保つのが難しくなります。そこで従来の長波長TADF材料は、電子ドナーと電子アクセプターの位置関係を安定に保つために、分子構造を剛直化する設計が多く用いられてきました。

①固定せずに光らせる、S字形の分子設計

「大阪大学」の武田洋平准教授らが開発した分子は、電子ドナーと電子アクセプターをS字形の構造でつないでいます。S字形によって両者が空間的に近づき、空間電荷移動（TSCT）（電子が結合を介さず空間を越えて移る現象）が起こるため、橙色から赤色で高効率なTADFを示しました。

この分子を用いた有機EL素子では、最大約15％の外部量子効率（注入した電子のうち光として取り出せた割合）を達成しています。分子の形を固めて発光に適した形を保つ従来の設計に対し、分子構造の柔軟さを積極的に利用する点が、今回の設計の特徴です。

②光を吸収する前後の形が発光を左右する

研究チームは、この分子がどのような形をとり、それが発光にどう関わるのかを調べました。核磁気共鳴（NMR）測定と時間分解分光測定に、多数の分子の形とその電子状態を調べる計算を組み合わせた結果、分子は1つの決まった形だけでなく、少しずつ異なる複数の形をとることが分かりました。

温度を変えながら発光の時間変化を調べた測定では、光を吸収した後にも構造緩和が起こっていることを強く支持する結果が得られました。光を吸収する前から存在する多様な分子の形と、吸収した後の構造変化の両方が、発光特性に関わっています。

FrontJournalからのひとこと

従来の長波長TADF材料は分子を固めて発光を守る設計が中心でしたが、今回の研究は、柔軟な分子を「さまざまな形の集まり」とその変化として捉える設計の考え方を示しました。固定を前提としない設計が成り立てば、分子設計の選択肢が広がります。

より長波長の光は、生体組織による散乱や自家蛍光の影響を受けにくい性質があります。発表では、水中で安定に発光する材料や生体適合性を備えた材料へ発展させることで、有機ELに加えてバイオイメージングへの応用も期待されるとしています。

FrontJournal編集部