自己組織化による光機能発現

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本研究では自己組織化と光機能性分子/ナノ材料を組み合わせ、高効率エネルギー変換や新規生体機能を発現する次世代人工光合成を創成していくことを目指した。すなわち、ナノ領域での光機能性分子/ナノ材料、メゾ-マイクロ領域の自己組織化の鍵となる相互作用を理解し、制御することを目的とした。特に次のような学際的な手法により、特異な巨視的特性-機能を発現させることを行った。(1) 種々の分子/ナノ材料を階層的に自己組織化するための構造ー機能相関の学理を解明することを目指した。特にフラーレン・カーボンナノチューブ・グラフェンを半導体電極上に同時に自己組織化し、光電変換特性を発現することに成功した。 (2) ポルフィリン、共役ポリマー、フラーレン誘導体などの光機能性分子/ナノ材料を合理的に電極上に自己組織化させることで高効率太陽光エネルギー変換を実現することを目指した。特に 浸漬溶媒を変化することで酸化チタン上の色素分子の吸着状態を変化させ、結果として色素増感太陽電池性能を制御できることを見いだした。一方、有機薄膜太陽電池では共役ポリマーの主鎖構造にハロゲン原子を導入することでフラーレン誘導体との混合膜状態を変化させ、太陽電池特性を制御することに成功した。(3) 光電荷分離分子と生きた細胞を自己組織化を通じて融合することで細胞機能を光で制御することを行った。具体的には光電荷分離分子を生きた細胞膜に導入し光照射を行うと、細胞膜電位の脱分極が起こること、また光電荷分離寿命と脱分極の大きさに相関があることを見いだした。