半導体ナノ構造体を用いた高機能フォトクロミック材料の創出

利用半导体纳米结构创建高功能光致变色材料

• 批准号: 21K05012
• 负责人: 小林 洋一
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Ritsumeikan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K05012/
• 关键词: 半導体; ナノ結晶; フォトクロミズム; 電荷分離; 温度依存性; 電子移動

CuドープZnSナノ結晶のフォトクロミズムの課題は、着色が有機フォトクロミック分子と比べて弱いことである。これは、粒子間のホッピングの前に電荷再結合する成分があること、また着色の起源であるZnSの価電子帯からCu2+への遷移のモル吸収係数が有機分子のものと比べて小さいことが挙げられる。よって、電荷分離を効率的に起こし、生成する電荷分離種の可視領域の振動子強度をより高めるための材料設計を基に研究を行った。　2022年度（2年目）は、ナノ結晶をZnSからZnO, Ag2Sなどの化合物半導体へと拡張し、それらのフォトクロミック特性や光励誘起電荷分離過程を明らかにした。得られた知見の概要を示す。① メルカプトプロピオン酸でキャップしたZnOナノ結晶粉末が紫外光照射により近赤外領域全体に吸収を生じ、照射後元に戻るフォトクロミズムを示すことを明らかにした。ZnOナノ結晶のフォトクロミック反応はこれまでにも知られていた一方、湿潤空気下でもフォトクロミック反応を示す例はこれまでになく、ZnOナノ結晶の新しい機能材料の可能性を見出した（Photochem. Photobiol. Sci.2022, 21, 1781-1791.）。② 近赤外領域まで吸収帯を有し、極めて低毒性のAg2Sナノ結晶に可視光応答性色素であるペリレンビスイミドを配位させた複合ナノ材料を合成し、その光誘起電荷分離挙動を明らかにした。これまでナノ結晶の電荷分離を形成するためには紫外光や可視光を用いる必要があった一方、本材料では720 nmの近赤外光で励起しても電荷分離に由来するペリレンビスイミドのラジカルアニオンのシグナルが瞬時に生成した。Ag2Sナノ結晶高励起状態、または量子サイズ効果が強く表れた小さなナノ結晶からペリレンビスイミドの最低空軌道に高速な電子移動が起きていることが示唆された（ECS J. Solid State Sci. Technol.2022, 11, 101001.）。

Cu ド ー プ ZnS ナ administered ノ crystallization の フ ォ ト ク ロ ミ ズ ム は の subject, coloring が organic フ ォ ト ク ロ ミ ッ ク molecular と than べ て weak い こ と で あ る. こ れ は, between particles の ホ ッ ピ ン グ の に before charge recombination す る composition が あ る こ と, ま た coloring の origin で あ る ZnS の administered 価 electronic 帯 か ら Cu2 + へ の migration の モ ル 収 absorption coefficient が organic molecules の も の と than べ て small さ い こ と が 挙 げ ら れ る. よ っ て, charge separation を working rate of に こ し, generate す る charge separation of の visual field の oscillator strength を よ り high め る た め の material design を base line に research を っ た. 2022 (2 years) は, ナ ノ crystallization を ZnS か administered ら ZnO, Ag2S な ど の compound semiconductor へ と company, zhang し, そ れ ら の フ ォ ト ク ロ ミ ッ ク features や light excitation induced charge separation process を Ming ら か に し た. The られた insight られた summary を shows す. 1) メ ル カ プ ト プ ロ ピ オ ン acid で キ ャ ッ プ し た ZnO ナ ノ crystalline powder が uv irradiation に よ り nearly bare areas outside the に suction 収 を じ, yuan after irradiation に 戻 る フ ォ ト ク ロ ミ ズ ム を shown す こ と を Ming ら か に し た. Crystallization ZnO ナ ノ の フ ォ ト ク ロ ミ ッ ク anti 応 は こ れ ま で に も know ら れ て い た side, under the moist air 気 で も フ ォ ト ク ロ ミ ッ ク anti 応 を す cases in は こ れ ま で に な く, ZnO ナ ノ crystallization の new し い function material の を likely see a し た (Photochem. Photobiol. Sci. 2022, 21, 1781-1791. (2) close to the red areas outside ま で suction 収 帯 を し, extremely め て low toxicity の Ag2S ナ ノ crystallization に visible light 応 answer sex pigment で あ る ペ リ レ ン ビ ス イ ミ ド を ligand さ せ た composite ナ ノ を materials on synthesis し, そ の light induced charge separation 挙 dynamic を Ming ら か に し た. こ れ ま で ナ ノ crystallization separation を の charge form す る た め に は ultraviolet や visible light を with い る necessary が あ っ た side, this material で は 720 nm の near red outside light で wound up し て も charge separation に origin す る ペ リ レ ン ビ ス イ ミ ド の ラ ジ カ ル ア ニ オ ン の シ グ ナ ル が instantaneous に generated し た. Ag2S ナ ノ crystallization Gao Li State, ま た は quantum サ イ ズ unseen strong fruit が く table れ た small さ な ナ ノ crystallization か ら ペ リ レ ン ビ ス イ ミ ド の lowest empty track に high-speed な electronic mobile が き て い る こ と が in stopping さ れ た (ECS Solid State J. Sci. Technol. 2022, 11, 101001.)."

项目成果

Electron-donating curved π-electronic systems that complex with buckyball

与巴基球复合的供电子弯曲 π 电子系统

• DOI: 10.1039/d2cp01575g
• 发表时间: 2022
• 期刊: Physical Chemistry Chemical Physics
• 影响因子: 3.3
• 作者: Maeda Hiromitsu;Abiko Taichi;Haketa Yohei;Kobayashi Yoichi;Ishibashi Yukihide;Asahi Tsuyoshi;Yasuda Nobuhiro
• 通讯作者: Yasuda Nobuhiro

Spatiotemporal Control of Photochromic Reactions Based on Oxygen Transfer Suppressed in Supramolecular Gel

基于超分子凝胶中氧转移抑制的光致变色反应的时空控制

• 发表时间: 2023
• 作者: Sota Fujisaski;Yoshinori Okayasu;Yuki Nagai,Yoichi Kobayashi
• 通讯作者: Yuki Nagai,Yoichi Kobayashi

CuドープZnSナノ結晶のフォトクロミズムの表面効果

Cu掺杂ZnS纳米晶的光致变色表面效应

• 发表时间: 2023
• 作者: 木村真優;岡安祥徳;永井邑樹;小林洋一
• 通讯作者: 小林洋一

Low-Power-Threshold Generations of Hydrated Electrons with Zinc-Based Semiconductor Nanocrystals

用锌基半导体纳米晶体低功率阈值生成水合电子

• 发表时间: 2022
• 作者: Yusuke Sanada;Daisuke Yoshioka;Yoshinori Okayasu;Yuki Nagai;Yoichi Kobayashi
• 通讯作者: Yoichi Kobayashi

Fast Photochromic Reactions of Zinc-Based Colloidal Nanocrystals

锌基胶体纳米晶体的快速光致变色反应

• 发表时间: 2021
• 作者: Shima Yuto;Suzuki Takashi;Abe Hitoshi;Yajima Tatsuo;Mori Seiji;Shimazaki Yuichi;小野塚洸太，亀山亮平，藤野智子，吉見一慶，森初果;Yoichi Kobayashi
• 通讯作者: Yoichi Kobayashi