Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

光アップコンバージョン / 光エネルギー有効利用 / 分子間エネルギー移動 / イオン液体 / 分子回転運動 / エネルギー移動キネティクス / 新規試料開発・探索 / イオノゲル / マイクロ熱工学 / 光エネルギー高効率利用 / スピン三重項 / 分子運動 / 輸送現象とキネティクス / 光応用工学 / 分子回転ダイナミクス / 三重項-三重項消滅

太陽光のエネルギーを用いて発電を行う太陽電池や，光合成等の物質変換を行う光触媒等では，各材料に固有な「しきい値波長」より長波長側の部分は未利用であり，エネルギーの損失となっている．これは，材料のバンドギャップエネルギーより低エネルギーの光子群が材料に吸収されないためである．もしこのような未利用な光子群を，変換に利用可能なより高いエネルギーをもつ光子群に変換できれば，この問題を回避できる．このような光子のエネルギーの上方変換を光アップコンバージョン（UC）という．本研究は，UC技術に関し，その効率支配メカニズムの理解を追究し，かつ新規でより高いUC効率を示す材料の探索と開発を行ったものである．

光アップコンバージョン / 太陽光有効利用 / 分子ダイナミクス / イオン液体 / マイクロ熱工学

本研究は，様々な太陽光エネルギー変換において現在未利用となっている光スペクトル部分を利用可能にする光アップコンバージョン(UC)に関する．本研究はUC効率の支配メカニズムの解明を目的とし，その検証にイオン液体試料中における有機分子の回転ダイナミクスの研究が必要となっている．本研究課題は，当該実験手法の専門家である研究分担者と連携して進めるものである．分担者の母国における就職の急遽決定に伴い，本研究はやむをえず期間短縮して終了したが，以下の実績を得ることができた．
1. 前年度から立ち上げを進めてきた「時間分解蛍光偏光解消法に基づく分子回転ダイナミクス」の計測システムを完成させた．
2. 本計測において鍵となるのが，溶質分子回転ダイナミクスを支配する「溶媒-溶質相互作用」である．そのための溶質プローブ分子として，光物性がほぼ同一で溶媒（イオン液体）との相互作用のみが異なる分子の組を見い出したが，本年度はさらに，それらの分子が（回転ダイナミクスではないが，その予備実験として計測した）並進ダイナミクスに差があり，確かに両者間の「溶媒-溶質相互作用」に差があることを確認した．
3. 本研究の広い意味の到達点は，より応用に適する性能・性質をもつ光アップコンバーターの創出にある．本課題はそのための基礎研究であることを踏まえ，より多様な分子回転ダイナミクスの制御パラメータを獲得するため，また，より応用に適するために，新規な媒体への拡張が望まれていた．分担者との議論を通じ，上記目的に叶う新規媒体の着想を得，試料の作製を試行し，工学的な進歩性・新規性を伴う試料の開発に成功した．これは現在，産学連携関係にある民間企業との共同特許出願（準備中）という形で結実している．
本課題の目的は引き続き研究代表者によって追求されているが，分担者と連携した本課題の研究期間は，上記の目的に資する実り多いものであった．

太陽光エネルギー利用高効率化 / 未利用エネルギー利用 / 光子エネルギー変換 / イオン液体 / 分子間エネルギー移動 / スピン三重項 / 三重項-三重項消滅 / 分子キネティクス / 光アップコンバージョン / 太陽光エネルギー高効率利用 / 光波長変換 / 分子スケール輸送現象 / イオン液体中の物質・エネルギー輸送 / スピン三重項状態 / 太陽光エネルギー / エネルギー有効利用 / 波長変換 / アップコンバージョン

太陽光を太陽電池・水分解光触媒・人工光合成系により電力・水素・炭化水素に変換する際，系に特有な閾値エネルギーより低エネルギーの光子（閾値波長より長波長の光）は利用されず，エネルギー損失となって変換効率を制限する要因となっている．この捨てられている未利用エネルギーを利用可能にするのが光アップコンバージョン（UC）である．本研究ではエネルギー輸送分子の運動媒体にイオン液体を使用し先行研究の問題を解決したが，さらなるUC効率の向上には分子間エネルギー移動のキネティクス解明が必須である．本研究はこの点について研究を行い従来知られていなかった多くの知見を獲得，今後のUC効率向上に有用な指針を得た．