[論文レビュー] Molecular Dysprosium Complexes for White-Light and Near-Infrared Emission Controlled by the Coordination Environment

Dimitrije Mara, Flavia Artizzu+6 more|arXiv (Cornell University)|Aug 25, 2021

Lanthanide and Transition Metal Complexes参考文献 58被引用数 16

ひとこと要約

本研究では、b-ジケトン酸化物リガンド（L1、L2）および補助リガンド（H2O または tppo）を用いて配位環境を調整することで、調整可能な白色発光を示すジスプロシウム(III)錯体を提示する。リガンドおよび補助リガンドを調整することにより、発光色は寒色白色光から温色白色光へとシフトし、理想的な白色光に近いCIE座標（0.333, 0.333）およびCCT値（4537 K：温色、18,173 K：寒色）を示す一方で、強力な近赤外発光も示す。

ABSTRACT

A series of single-molecule dysprosium (Dy 3+) complexes consisting of b diketonate ligands, as water-containing complexes, and the auxiliary triphenylphosphine oxide (tppo)ligand as water free complexes were investigated as potential white light emitters. The coordination environment and choice of the ligands play an important role in the behavior of the yellow and blue emission of the Dy 3+ complexes based on the sensitization efficiency of the Dy 3+ ion by the ligands. By introducing the auxiliary tppo ligand in the complex, the relative intensity of the Dy 3+ emission increases due to a more efficient sensitization of the Dy 3+ ion.

研究の動機と目的

• Dy3+錯体に基づく単一分子白色発光体を、発光色を調整可能に開発すること。
• 特に水とトライフェニルホスフィンオキシド（tppo）を補助リガンドとして用いる場合の配位環境が、発光色および発光効率に与える影響を調査すること。
• 有機クロモフォア（b-ジケトン酸化物）によるDy3+の効率的感光化を最適化し、効率的な白色発光を実現すること。
• 同一Dy3+錯体で可視光および近赤外（NIR）発光を同時に示す可能性を検討し、多機能的応用を模索すること。

提案手法

• L1（フェニル置換体）およびL2（4-クロロフェニル置換体）の2種類のb-ジケトン酸化物リガンドを用い、H2O もしくは tppo を補助リガンドとして用いることでDy3+錯体を合成する。
• 元素分析、FT-IR、ESI-MSを用いて分子組成および構造を確認する。
• 室温下での光誘発発光（PL）分光法を用いて可視光およびNIR発光スペクトルを測定する。
• 発光スペクトルに基づきCIE色度およびCCTを計算し、白色光の質を定量的に評価する。
• Dy3+（黄色、青色）およびリガンド（青色）発光の相対強度を分析することで、リガンドからDy3+へのエネルギー移動効率を評価する。
• 配位子の幾何学的配置および置換状態と発光挙動・感光化効率との相関関係を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 b-ジケトン酸化物リガンド（L1 対 L2）の選択が、Dy3+錯体の白色発光特性にどのように影響を与えるか？
• RQ2 水を補助リガンドとして用いる場合に、tppo に置き換えることで、Dy3+錯体のCIE色度およびCCTがどの程度調整可能になるか？
• RQ3 リガンドの燐光およびDy3+の4F9/2 → 6H13/2（黄色）および6H15/2（青色）遷移が、白色発光の実現に果たす役割は何か？
• RQ4 Dy3+錯体が同時に効率的な白色発光と強力な近赤外（NIR）発光を示すことは可能か？
• RQ5 配位環境が、有機リガンドによるDy3+の感光化効率にどのように影響を与えるか？

主な発見

• DyL1H2OはCIE座標（0.340, 0.333）およびCCT 5129 Kを示し、寒色白色光に対応する。
• DyL2H2OはCCT 18,173 Kを示し、非常に寒色の白色光であり、CIE（0.270, 0.249）である。
• DyL1tppoはCIE（0.364, 0.391）およびCCT 4537 Kを示し、理想的な白色光に近い温色白色光を発光する。
• DyL2tppoはCIE（0.316, 0.331）およびCCT 6319 Kを示し、温色白色光を発光する。
• すべての錯体が顕著な近赤外（NIR）発光を示しており、可視光およびNIR領域での二重発光が確認された。
• 水をtppoに置き換えることで、Dy3+発光の相対強度が向上し、エネルギー移動効率が向上した。