計算モデルで合成前の分子挙動を予測し、Hammett parametersとorbital decouplingによって、光を吸収・放出するイリジウム錯体の特性を系統的に調整する設計手法が示された。
計算予測を合成前の設計工程へ組み込む
DEVCOM Army Research Laboratory、Virginia Military Institute、United States Military Academyの共同研究は、光を吸収・放出する新しいイリジウム系発色団を設計、合成、評価した。対象となる発色団は、光を受け取って別の光として放出する性質を材料へ与える。
材料探索では従来、試行錯誤を重ねて候補を合成する工程に時間と資源を要していた。今回の工程は計算モデルと精密合成化学を組み合わせ、分子の挙動をウェットラボでの合成前に予測し、その予測を実際の合成候補の設計へ渡す。
Hammett parametersで光学特性を系統的に調整する
合成候補の絞り込みには、置換基の効果を扱うHammett parametersを設計指標として使う。この指標に基づく設計は、orbital decouplingを通じてイリジウム錯体の光学特性を系統的に調整する。
Army Research Laboratoryは、この設計手法によって光学的挙動を予測可能な形で設計できたとしている。計算による事前予測を合成と評価へ接続したことで、候補を順に試す探索から、狙う光学特性に沿って候補を設計する工程へ移った。
合成化学と光物理評価を一つの開発サイクルに接続
Virginia Military Instituteの教員2人は、Army Research LaboratoryのPower and Energy Sciences Divisionに入り、合成化学と計算化学の知見をARLの光物理評価能力に組み合わせた。計算で選んだ候補を合成し、その光学的な挙動を測るまでが一つの開発サイクルになる。
材料分析にはUnited States Military Academyの装置も加わった。Army Research Laboratoryの博士研究員は勤務時間を同校での教育と材料分析に等分し、同校固有の特性評価装置を利用した。
発色団の用途と光学測定の範囲が広がる
Army Research Laboratoryは、光を吸収・放出する発色団がOLED、太陽燃料、化学センサーの構成要素になり得るとしている。防衛分野では、現地での燃料生成や化学剤の存在を早期に示す材料への利用可能性を挙げている。
材料候補を詳しく調べる測定能力も拡張された。Virginia Military Instituteは過渡吸収分光計を導入し、線形と非線形の光学特性評価を学内で実施できるようになった。