Single-Carbon Bridged Pentacene Dimers Enable Efficient Singlet Fission and Quintet State Stabilization
Chao-Hsien Hsu, Yi-Ching Liao, Chu-Chun Cheng, Bo-Han Wu, Chou-Hsun Yang,
Chao-Ping Hsu, Bo-Han Chen, Shang-Da Yang, Yuling Hsu, Li-Kang Chu, Yun-Wei Chiang,
Ken-Tsung Wong, and Pi-Tai Chou
J. Am. Chem. Soc. 2026, 148, 4, 4062–4073
國立清華大學 化學系 朱立岡教授
國立清華大學 化學系 江昀緯教授
國立臺灣大學 化學系 汪根欉教授
國立臺灣大學 化學系 周必泰教授
本研究為國立臺灣大學與國立清華大學之跨校合作成果，整合有機合成、超快光譜、電子自旋共振與理論計算等專業，展現國內科研合作之綜合實力。本研究聚焦於解決單重態分裂（Singlet fission, SF）過程中五重態對（quintet state, 5TT）難以穩定、易於解離與自旋轉換的核心問題。臺大化學系汪根欉教授團隊利用分子設計策略，將兩片駢五苯（pentacene）以單一碳位（C9）鍵結於芴（fluorene）骨架上，精準限制分子幾何構型並強化穿空間（through-space）自旋交換作用，有效抑制構型擾動所引發的5TT弛豫途徑。臺大化學系周必泰教授與清大化學系朱立岡教授團隊透過超快光譜與理論分析，證實該分子可達到駢五苯理論上之100%單重態分裂效率，且未產生可分離之孤立三重態（isolated triplet state），突破既有對駢五苯系統之認知。清大化學系江昀緯教授團隊進一步以電子自旋共振（EPR）揭示在自旋相干時間尺度內穩定形成高比例之5TT激發態，呈現以5TT為主導之自旋動力學行為。理論計算結果亦顯示，單點橋連所引入的幾何剛性與自旋密度重分佈，能有效提升 5TT 的束縛能，並抑制其解離或轉換為其他低自旋多重態。因此，本研究建立了一套具普適性的分子設計原則，使高自旋多重激子得以在分子尺度上被精準調控，為未來自旋量子元件與分子量子資訊應用奠定關鍵基礎。