可以以几乎100%的效率将电能转化为光热激活延迟荧光 (TADF)*1)分子作为下一代有机EL的材料引起了广泛关注。 TADF现象的关键是最低单重激发态（S1) 和最低三重激发态 (T1)。因此，TADF 材料研究的目标之一是找出如何有效地发生自旋转换。迄今为止，世界各地都开展了TADF分子自旋转换的研究。然而，预期介导这种自旋转换的基本“过渡态”尚未阐明。
九州大学先进有机光电子学研究中心（野田大辉（当时博士生三年级）、中野谷肇副教授、足立千早等）、产业技术综合研究所分析测量标准研究部（首席研究员 Takuya Hosogai）和佐治亚理工学院（Jean-Luc Brédas 教授、Xian-Kai Chen 博士等）研究小组成功地从实验和理论上阐明了 TADF 分子自旋转换过程的详细动力学，特别是其过渡态。
研究成果要点
- 我们发现，表现出 TADF 现象的有机分子中的自旋转换是通过由分子振动触发的电子态变化引起的“特定过渡态”进行的。此外，有机分子的过渡态为部分分子结构*2)。
- 这项研究的意义在于，通过将阐明的机制反馈到分子设计中，可以自由控制有机分子的自旋转换特性（例如发光寿命）。
这项研究得到了日本科学技术振兴机构 (JST) ERATO“足立分子激子工程项目”(JPMJER1305) 和科学研究补助金 (18H02047、18H03902) 的支持。该研究成果于2019年9月3日星期二0:00（日本时间）发表在英国科学杂志《自然材料”的在线版本中。
热激活延迟荧光 (TADF)*1)可以以几乎100%的效率将电能转化为光能，因此作为下一代有机EL材料引起了广泛关注，世界各地正在进行大量研究。 TADF现象的关键是最低单重激发态（S1) 和最低三重激发态 (T1）”之间转换自旋。自然地，这种相互自旋转换的初始状态和最终状态是S1或 T1这是不言而喻的。然而，作为自旋转换过程媒介的过渡态及其动力学过程仍然是一个黑匣子，仍然未知。如果我们能够阐明这种过渡态，就有可能将这些知识反馈到分子设计中，并创造出可以“自由”控制发光寿命的有机分子，这不仅可以广泛应用于有机EL，还可以广泛应用于生物成像和特殊墨水等各种应用。
在这项研究中，我们的目标是揭开表现出 TADF 现象的有机分子中自旋转换过程的黑匣子。高速瞬态吸收光谱测量）和美国佐治亚理工学院（研究领域：理论/量子化学计算）有机合作推进了这项研究。
这项研究的结果是，我们首次通过实验证明，由多个电子供体基团和电子受体基团组成的 TADF 分子的自旋转换是通过特定的过渡态进行的。另外，过渡态的起点是构成TADF分子的“部分分子结构*2)11142_11203高速瞬态吸收光谱测量*3))对过渡态的观察和理论计算成功地阐明了这个问题。这些结果使得能够以统一的方式解释一系列TADF分子的自旋转换特性。这项研究阐明的机制将为分子设计提供基础知识，从而能够灵活控制自旋转换特性。
通过利用本研究中获得的知识，我们将开发一种高效且高度耐用的 TADF 分子，并致力于与源自九州大学的风险投资公司 Kyulux Co, Ltd 合作，快速实现下一代有机 EL 的商业化。还可以开发出具有几毫秒或更长的极长发光寿命的高效 TADF 分子。一般来说，具有长发光寿命的发射材料不适合OLED，但它们作为发射染料非常有用，可用于生物成像染料或存在自发荧光问题的特种油墨等应用。未来，我们将继续设计适合这些应用的分子。
论文标题：中间电子态在具有多个供体和受体的电荷转移型有机分子中自旋翻转过程中的关键作用
杂志名称：Nature Materials DOI：101038/s41563-019-0465-6
作者：Hiroki Noda、Xian-Kai Chen、Hajime Nakanotani*、Takuya Hosokai、Momoka Miyajima、Naoto Notsuka、Yuuki Kashima、Jean-Luc Brédas* 和 Chihaya Adachi*