JP2012116762A - 希土類金属錯体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】希土類金属錯体を、希土類金属原子と、前記希土類金属原子に配位する下記式(1)で表されるβ−ジケトン化合物と、を有するように構成する。
式(1)中、Rは1価の芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基を示す。
【化1】
【選択図】なし
Description
蛍光体の応用範囲の観点から励起波長の長波長化が求められているが、励起波長を長波長化する目的で配位子の骨格を変化させると、配位子と金属との間でのエネルギー移動効率が低下し、実用上充分な発光強度が得られない場合があった。
本発明は、上記課題に鑑み、従来よりも長波長の励起光により励起可能で、発光強度に優れる希土類金属錯体を提供することを課題とする。
<1> 希土類金属原子と、前記希土類金属原子に配位する下記式(1)で表されるβ−ジケトン化合物と、を有する希土類金属錯体。
前記芳香族炭化水素基としては、炭素数6〜22の芳香族炭化水素基であることが好ましく、炭素数6〜14の芳香族炭化水素基であることがより好ましい。さらに前記芳香族炭化水素基は脂肪族環と縮環していてもよい。
前記芳香族炭化水素基として具体的には例えば、ベンゼン環基、ナフタレン環基、アントラセン環基、フェナントレン環基、ピレン環基、ペリレン環基、テトラセン環基、クリセン環基、ペンタセン環基、トリフェニレン環基、インデン環基、アズレン環基、フルオレン基等が挙げられる。
尚、本明細書において「〜」は、その前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示すものとする。
前記芳香族複素環基は、励起波長と発光強度の観点から、ヘテロ原子として窒素原子、酸素原子、及び硫黄原子から選ばれる少なくとも1種を1〜3個有する5〜6員の芳香族複素環を含む芳香族複素環基であることが好ましい。
より具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、及びヘプタフルオロプロピル基から選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、及びヘプタフルオロプロピル基から選ばれる少なくとも1種であることがより好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、及びイソプロポキシ基から選ばれる少なくとも1種であることが更に好ましい。
特に、媒体への分散性並びに蛍光体としての蛍光特性を考慮し、希土類金属に対して3分子のβ−ジケトン化合物及びルイス塩基である中性配位子を有する錯体が好ましい。
式(2)におけるRは、上記式(1)におけるRと同義であり、好適な範囲についても同様である。
なお、LnがEu3+の場合には、Eu3+の合計配位数が7、8又は9となるように、中性配位子が選択される。
中性配位子NLで表されるアミンオキシド類としては、例えば、置換基を有してもよいピリジン−N−オキシド、イソキノリン−N−オキシド、2,2’−ビピリジン−N,N’−ジオキシド、1,10−フェナントロリン−N,N’−ジオキシド等上記アミンのN−オキシド等が挙げられる。
中性配位子NLで表されるケトン類としては、例えば、置換基を有することもあるジピリジルケトン、ベンゾフェノン等が挙げられる。
中性配位子NLで表されるエーテル類としては、例えば、置換基を有してもよいエチレングリコールジメチルエーテルやエチレングリコールジメチルエーテルが挙げられる。
式(2)において、mはLnの価数に等しい整数を表わす。例えば、LnがEu3+の場合には、mは3である。
本発明の希土類金属錯体の極大吸収波長は、β−ジケトン化合物に起因した波長となる。β−ジケトン化合物が希土類元素に配位した状態ではβ−ジケトン化合物のアニオン、即ちβ−ジケトナートとしてその吸収波長が観測される。β−ジケトナート類の吸収波長を長波長化させるには、共役系を長く伸ばすことが望ましい。
具体的に本発明においては、ジメチルホルムアミドを溶媒として2×10−5[M]の濃度で測定された値である。
具体的に本発明における最大励起波長は、ジメチルホルムアミドを溶媒として1×10−4[M]の濃度で測定された値である。
測定対象となる希土類金属錯体(蛍光体)を、分光光度計及び励起光源が備え付けられた積分球内に入れて、ここに励起発光光源から400nmの光を照射して測定する。このような測定装置としてシステムズエンジニアリング製QEMS2000などがある。積分球などを用いるのは、サンプルを反射したフォトン、及びサンプルからフォトルミネッセンスにより放出されるフォトンを全て計上できるようするためである。
この測定スペクトルには、実際には励起発光光源からの光でフォトルミネッセンスによりサンプルから放出されたフォトンの他に、サンプルで反射された励起光の分のフォトンの寄与が重なっている。即ち、発光効率は、サンプルのフォトルミネッセンスにより放出されたフォトン数の合計を、サンプルによって吸収された励起光のフォトン数の合計で割った値とされる。
また本発明の希土類金属錯体は、例えば、樹脂中に分散、又は、ビニルモノマーに溶解させ懸濁重合することで樹脂封止蛍光体として使用することができる。更にまた太陽電池セルの受光面側に用いられる波長変換用樹脂組成物、波長変換型太陽電池封止材(波長変換型太陽電池封止シート)、及びこれらを用いた太陽電池モジュールに適用することができる。例えば、本発明の希土類金属錯体をこれらの用途に用いると、発電に寄与の少ない波長域の光が発電に寄与の大きい波長域の光に波長変換され、発電効率が向上する。
<3Py2TP(1−(3−ピリジル)−3−(2−チエニル)−1,3−プロパンジオン)の合成>
水素化ナトリウム 1.92g(0.08mol)を秤取し、窒素雰囲気下、脱水テトラヒドロフラン 45mlを加えた。激しく攪拌しながら、2−アセチルチオフェン 5.05g(0.04mol)及びニコチン酸メチル 6.58g(0.048mol)を脱水テトラヒドロフラン 50mlに溶解させた溶液を1時間かけて滴下した。その後、8時間還流させた。これを室温に戻し、純水20gを加え、更に3mol/L塩酸16.5mlを加えた。有機層を分離し、減圧下で濃縮した。濃縮物を再結晶し、薄黄色粉末としてβ−ジケトン化合物である3Py2TPを7.35g(収率79%)得た。
上記のようにして合成した3Py2TP 518.1mg(2.24mmol)、1,10−フェナントロリン(Phen) 151.4mg(0.84mmol)をメタノール 25.0gに分散させた。この分散液に、水酸化ナトリウム 112.0mg(2.80mmol)をメタノール 10.0gに溶解させた溶液を加え、1時間攪拌した。
次いで、256.5mg(0.7mmol)の塩化ユーロピウム(III)6水和物をメタノール 5.0gに溶解した溶液を滴下した。室温で1時間攪拌した後、油浴中にて60℃に加熱し、そのままさらに2時間攪拌した。これを室温に戻し、生成した沈殿物を吸引濾過し、メタノールにて洗浄した。乾燥することでEu(3Py2TP)3Phenを530.6mg得た。
<P3PyP(1−フェニル−3−(3−ピリジル)−1,3−プロパンジオン)の合成>
水素化ナトリウム 1.92g(0.08mol)を秤取し、窒素雰囲気下、脱水テトラヒドロフラン4 5mlを加えた。激しく攪拌しながら、アセトフェノン 4.81g(0.04mol)及びニコチン酸メチル 6.58g(0.048mol)を脱水テトラヒドロフラン 50mlに溶解させた溶液を1時間かけて滴下した。その後、8時間還流させた。これを室温に戻し、純水20gを加え、更に3mol/L塩酸14.0mlを加えた。有機層を分離し、減圧下で濃縮した。濃縮物を再結晶し、薄黄色粉末としてβ−ジケトン化合物であるP3PyPを6.20g(収率69%)得た。
上記のようにして合成したP3PyP 504.6mg(2.24mmol)、1,10−フェナントロリン(Phen) 151.4mg(0.84mmol)をメタノール 25.0gに分散させた。この分散液に、水酸化ナトリウム 112.0mg(2.80mmol)をメタノール 10.0gに溶解させた溶液を加え、1時間攪拌した。
次いで、256.5mg(0.7mmol)の塩化ユーロピウム(III)6水和物をメタノール 5.0gに溶解した溶液を滴下した。室温で1時間攪拌した後、油浴中にて60℃に加熱し、さらに2時間攪拌した。これを室温に戻し、生成した沈殿物を吸引濾過し、メタノールにて洗浄した。乾燥することでEu(P3PyP)3Phenを418.2mg得た。
<2N3PyP(1−(2−ナフチル)−3−(3−ピリジル)−1,3−プロパンジオン)の合成>
水素化ナトリウム 1.92g(0.08mol)を秤取し、窒素雰囲気下、脱水テトラヒドロフラン 45mlを加えた。激しく攪拌しながら、2−アセトナフトン 6.81g(0.04mol)及びニコチン酸メチル 6.58g(0.048mol)を脱水テトラヒドロフラン 50mlに溶解させた溶液を1時間かけて滴下した。その後、8時間還流させた。これを室温に戻し、純水20gを加え、更に3mol/L塩酸14.0mlを加えた。有機層を分離し、減圧下で濃縮した。濃縮物を再結晶し、黄色粉末としてβ−ジケトン化合物である2N3PyPを9.45g(収率86%)得た。
上記のように合成した2N3PyP 639.1mg(2.24mmol)、1,10−フェナントロリン(Phen) 151.4mg(0.84mmol)をメタノール 25.0gに分散させた。この分散液に、水酸化ナトリウム 112.0mg(2.80mmol)をメタノール 10.0gに溶解させた溶液を加え、1時間攪拌した。
次いで、256.5mg(0.7mmol)の塩化ユーロピウム(III)6水和物をメタノール 5.0gに溶解した溶液を滴下した。室温で1時間攪拌した後、油浴中にて60℃に加熱し、さらに2時間攪拌した。これを室温に戻し、生成した沈殿物を吸引濾過し、メタノールにて洗浄した。乾燥することでEu(2N3PyP)3Phenを739.4mg得た。
<Eu(TTA)3Phenの合成>
水酸化ナトリウム水溶液(1M) 11gに、テノイルトリフルオロアセトン(TTA) 2.00g(9.00mmol)をエタノール 75.0gに溶解した溶液を加えた。次いで、1,10−フェナントロリン 0.62g(3.44mmol)をエタノール 75.0gに溶解した溶液を加え、1時間攪拌を続けた。
次いで、塩化ユーロピウム(III)6水和物 1.03g(2.81mmol)をエタノール 20.0gに溶解した溶液を滴下し、さらに1時間攪拌を続けた。生成した沈殿物を吸引濾過し、エタノールにて洗浄し、乾燥することで希土類金属錯体であるEu(TTA)3Phenを2.33g得た。
<Eu(BFA)3Phenの合成>
水酸化ナトリウム水溶液(1M) 11gに、ベンゾイルトリフルオロアセトン(BFA) 1.94g(9.00mmol)をエタノール 60.0gに溶解した溶液を加えた。次いで、1,10−フェナントロリン 0.62g(3.44mmol)をエタノール 60.0gに溶解した溶液を加え、1時間攪拌を続けた。
次いで、塩化ユーロピウム(III)6水和物 1.03g(2.81mmol)をエタノール 20.0gに溶解した溶液を滴下し、さらに1時間攪拌を続けた。生成した沈殿物を吸引濾過し、エタノールにて洗浄した。乾燥することで希土類金属錯体であるEu(BFA)3Phenを2.22g得た。
<Eu(DBM)3Phenの合成>
水酸化ナトリウム水溶液(1M) 11gに、ジベンゾイルメタン(DBM) 2.00g(9.00mmol)をエタノール 60.0gに溶解した溶液を加えた。次いで、1,10−フェナントロリン 0.62g(3.44mmol)をエタノール 60.0gに溶解した溶液を加え、1時間攪拌を続けた。
次いで塩化ユーロピウム(III)6水和物 1.03g(2.81mmol)をエタノール 20.0gに溶解した溶液を滴下し、さらに1時間攪拌を続けた。生成した沈殿物を吸引濾過し、エタノールにて洗浄した。乾燥することで希土類金属錯体であるEu(DBM)3Phenを2.48g得た。
以下に、上記で得られた希土類金属錯体について測定した励起波長などの各パラメータの測定方法について説明する。
分光光度計として、(株)日立ハイテクフィールディング製U−3310を用い、ジメチルホルムアミドを溶媒として2×10−5[M]の濃度で測定した。
図1に、実施例1、比較例1及び比較例2で得られた希土類金属錯体の極大吸収スペクトルを示す。
分光蛍光光度計として、日立ハイテクノロジー(株)製F−4500を用い、ジメチルホルムアミドを溶媒として1×10−4[M]の濃度で測定した。
図2に、実施例1、実施例2及び比較例3で得られた希土類金属錯体の励起スペクトルを示す。
測定は、発光量子効率測定装置として、システムズエンジニアリング(株)QEMS−2000を用いて実施した。試料に400nmの励起光を照射し、試料のフォトルミネッセンスにより放出されたフォトン数の合計を、試料によって吸収された励起光のフォトン数の合計で割った値として、発光効率を測定した。またその発光スペクトルより積分区間550nm〜750nmでのフォトン数の合計を発光強度とした。
図3に、実施例1、及び比較例3で得られた希土類金属錯体の励起光400nmでの、550〜750nm波長領域における発光スペクトルの拡大図を示す。
Claims (4)
- 希土類金属原子と、前記希土類金属原子に配位する下記式(1)で表されるβ−ジケトン化合物と、を有する希土類金属錯体。
〔式(1)中、Rは、1価の芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基を表す。〕 - 極大吸収波長を350nm以上に有し、且つ励起波長400nmでの発光効率が30%以上である請求項1に記載の希土類金属錯体。
- 下記式(2)で表される請求項1又は請求項2に記載の希土類金属錯体。
〔式(2)中、Lnは希土類金属原子を表し、NLは中性配位子を表し、Rは1価の芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基を表す。kは1〜5の整数を表し、mはLnの価数に等しい整数を表す。〕 - 前記希土類金属原子が、ユーロピウム(Eu)、テルビウム(Tb)、エルビウム(Er)、イッテルビウム(Yb)、ネオジム(Nd)又はサマリウム(Sm)である請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の希土類金属錯体。
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