しなやかなのに、よく光る分子の謎に迫る！

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［大学院生の青田 奈恵 さん（博士後期課程）、藤内 謙光 教授、南方 聖司 教授］は、デンマーク工科大学のLeonardo Evaristo de Sousa（レオナルド・エヴァリスト・デ・スーザ） 博士、Piotr de Silva（ピオトル・デ・シルバ） 教授、ノーザンブリア大学のMarc Etherington（マーク・エザリントン） 助教、ダラム大学のPrzemyslaw Data（プシュミシュワフ・ダータ） 教授らとの国際共同研究により、分子の形を強固に固定しなくても、光を吸収する前から複数の分子構造（配座）が存在し、光を吸収した後にも構造緩和が起こる「配座適応性」を持つ分子を開発し、高効率な長波長の熱活性化遅延蛍光（TADF）を実現しました。

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字形構造を持っています。このS字形構造によって、電子ドナーと電子アクセプターが空間的に近接し、空間電荷移動（TSCT）が起こることで、橙色から赤色の長波長領域で高効率なTADFを示しました。さらに、この分子を用いた有機EL素子では、最大約15％の外部量子効率を達成しました。

一般に、発光を長波長化すると、光を出さずにエネルギーが失われる現象（無放射失活）が起こりやすくなり、高い発光効率を保つことが難しくなります。そのため、従来の長波長TSCT-TADF材料では、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、分子構造を剛直化する設計が多く用いられてきました。一方、柔軟な分子がとるさまざまな形やその変化が、TSCT-TADFの発光にどのような役割を果たすのかについては、十分に理解されていませんでした。

今回、国際研究グループは、このS字形分子がどのような形をとり、それが発光特性にどう関わるのかを詳しく調べました。核磁気共鳴（NMR）測定や時間分解分光測定に加え、コンピューター上で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て解析しました。その結果、この分子は1つの決まった形だけではなく、少しずつ異なる複数の形をとることが分かりました。さらに、温度を変えながら発光の時間変化を詳しく調べたところ、光を吸収した後にも分子の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。これらの結果から、光を吸収する前から存在するさまざまな分子の形と、光を吸収した後に起こる構造変化の両方が、TSCT-TADFの発光特性に関わっていることを明らかにしました。

本研究は、柔軟な発光分子を「1つの決まった形」だけで理解するのではなく、「さまざまな形の集まり」と、その変化として捉える新たな分子設計の考え方を示すものです。この考え方を活用することで、今後、より高効率な赤色や近赤外領域の有機発光材料の開発につながることが期待されます。特に、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ことから、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と発展させることで、バイオイメージングへの応用も期待されます。

本研究成果は、2026年11月10日（日本時間）付で、米国科学誌「Journal of the American Chemical Society」に掲載されました。