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有機半導体薄膜の構造制御を可能にする構造形成機構の解明

阐明有机半导体薄膜结构控制的结构形成机制

基本信息

批准号：
20J10803
负责人：
冨田和孝
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J10803/
关键词：
pMAIRS GIXD 分子配向薄膜ポルフィリン分子間相互作用

项目摘要

有機薄膜太陽電池（OPV）や有機薄膜トランジスタ（OTFT）などのデバイスは、薄膜中の分子配列（分子配向、結晶構造）が性能に大きく影響する。したがって、分子配列を意のままに制御する技術が求められている。これらのデバイスでは、一般的に表面不活性な基板が用いられるため、材料分子間の相互作用が、薄膜構造制御のカギとなる。本研究では、これまで構造制御に用いられていなかった、配位結合を用いた薄膜中の構造制御法を、微小角入射X線回折（GIXD）法とp偏光多角入射分解分光（pMAIRS）法による詳細な薄膜構造解析に基づいて確立した。前年度までに、有機半導体材料のTetrapyridylporphyrin（TPyP）について、ポルフィリン環の中心金属を変えて、ピリジル基との配位能を調整することで、ポルフィリン環が立ち上がった（edge-on）配向から、寝た（face-on）配向までを制御できることを、1次元GIXD法とpMAIRS法を用いて明らかにした。本年度は、新しく導入したX線回折装置を用いて、2次元GIXD測定を行い、MTPyP薄膜の結晶構造をより詳細に明らかにした。その結果、中心金属がCu(II)のとき、これまで報告されていなかったtriclinic結晶が含まれることがわかった。Triclinic結晶の形成は、Cu(II)のdx2-y2電子によって環の平面性が向上し、歪んだポルフィリン環を含むmonoclinic結晶の形成が阻害されたことが原因と説明される。すなわち、中心金属を選択することで、配位能だけでなく分子コンフォメーションも制御できることがわかった。この成果は2022年1月に国際的な学術誌Chemical Communicationsに掲載された。

Organic thin film solar cells (OPV) and organic thin film (OTFT) have great influence on the performance of molecular alignment (molecular alignment, crystal structure) in thin films. The technology of molecular alignment is very important. The interaction between molecules of materials and the structure of thin films are generally inactive on the surface of substrates. In this study, the structural analysis of thin films is based on the structural analysis methods of thin films, GIXD and pMAIRS. In the past year, organic semiconductor materials Tetrapyridylporphyrin (TPyP) has been used in the adjustment of the coordination energy of the central metal, the edge-on alignment and the face-on alignment of organic semiconductor materials, the one-dimensional GIXD method and the pMAIRS method. This year, the introduction of new X-ray folding device, two-dimensional GIXD measurement, MTPyP thin film crystal structure, detailed analysis The results show that the central metal Cu(II) and Cu(II) are triclinic crystals. The formation of Triclinic crystals, Cu(II) dx2-y2 electron rings, planarity of triclinic crystals and formation of monoclinic crystals are discussed. The coordination energy of the central metal is determined by the molecular structure. The results were published in the International Journal of Chemical Communications in January 2022.