自己組織化法による光電変換シンクロデバイスの構築

自组装法构建光电转换同步装置

• 批准号: 13022203
• 负责人: 近藤 敏啓
• 金额: $ 2.69万
• 依托单位: Ochanomizu University (2002)Hokkaido University (2001)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-13022203/
• 关键词: 自己組織化; 光電変換; シンクロデバイス; 金ナノクラスター; フェロセン; ポルフィリン; シリコン; 有機単分子層; 金属ナノクラスター

本研究は、機能性自己組織化単分子膜(SAM)で表面を修飾した金属・半導体ナノクラスターを固体基板上に配列・固定し、光電変換(情報変換・情報伝達)機能のシンクロ化を図り、分子シンクロデバイスを構築する事を目的としている。光電変換機能の1単位として情報伝達機能を有する複合膜作製を目指し、まず電気化学活性な(すなわち電子移動部位として働く)フェロセン基を有する金のナノクラスター(直径:1.5〜2.5nm)を調製し、その積層化ならびに積層膜の軍気化学特性について検討した。浸漬操作を繰り返すとフェロセン基の酸化還元ピーク電気量が直線的に増加した事から、Au(111)単結晶基板上にSAM修飾金ナノクラスターがイオン結合を介して積層できる事がわかった。また、フェロセン基を持つSAM修飾金ナノクラスターと持たないSAM修飾金ナノクラスターとを積層したヘテロ積層膜の電気化学測定結果、QCM測定結果、およびエリプソメトリー・XPSによる構造解析結果より、積層膜内の電子・イオン移動はスムーズに起こっている事、電子移動は金ナノクラスターのコア部分を介してホッピング的に起こっている事を証明した。続いて、光化学活性なポルフィリン基を有するSAM修飾金ナノクラスターの積層膜を構築し、基板金属との間の励起エネルギー移動およびポルフィリン基の吸収と金ナノクラスターの表面プラズモン共鳴との間の相互作用について検討した。発光スペクトル測定・発光寿命測定より、ポルフィリン基から金ナノクラスターへ効率的な励起エネルギー移動が起こっている事がわかった。また、吸収スペクトルの差から、ポルフィリン基の吸収と金ナノクラスターの表面プラズモン共鳴との間に小さいながらも相互作用が働いている事が確認された。最後に、デバイス構築という観点から、基板としては金よりも重要・実用的であると考えられる、シリコン基板について検討した。Si(111)表面に直接SiとCとが共有結合で連結する事によって形成する有機単分子層の形成過程を、ATR FT-IR、SFG、エリプソメトリー、XPSによって追跡した。その結果、1-オクタデセンと水素終端Si(111)表面との反応による単分子層形成において、初期の反応速度は速いが、単分子層の被覆率が増加すると分子層の配向性が高くなり、その結果反応速度が減少する事、およびこのSi(111)上に形成された有機単分子層はアルキル鎖がオールトランス構造の非常に高い配向を保持している事がわかった。

This study aims to construct functional self-organized molecular films (SAM) by surface modification, metal/semiconductor coating, arrangement, fixation, photoelectric conversion (information conversion/information transmission) on solid substrates. Photoelectric conversion function and information transmission function are available. The composite film production is aimed at indicating the electrochemical activity (electron movement site) and the metal substrate (diameter:1.5 ~ 2.5nm). The modulation, lamination and chemical characteristics of the multilayer film are discussed. Immersion operation: Acidizing and reducing elements based on Au (111) crystal substrate: SAM modification on Au(111) crystal substrate: bonding of SAM modification on Au(111) crystal substrate. Electrochemical measurement results of laminated films, QCM measurement results, structural analysis results, electron movement in laminated films, etc. The electronic movement is the result of a series of experiments. The structure of laminated film of SAM modified gold, the excitation between substrate metal and metal, the movement of SAM modified gold, the absorption of SAM modified gold, the interaction between SAM modified gold and metal, and the resonance of SAM modified gold are discussed. Light emission test, light emission life test, light emission test, light emission test It is confirmed that there is a difference between absorption and absorption, and that there is a difference between absorption and absorption. Finally, the structure of the substrate is important. Si(111) surface direct Si and C co-bonding process for the formation of organic monomer layer, ATR FT-IR, SFG, EPR, XPS tracking. As a result, during the formation of the monolayer, the initial reaction velocity increases, the monolayer coverage increases, the molecular layer alignment increases, and the resultant reaction velocity decreases. The organic monomer layer formed on Si(111) has a very high alignment structure.

项目成果

K.Uosaki: "Electron and Ion Transfer through Multilayers of Gold Nanoclusters Covered by Self-Assembled Monolayers of Alkylthiols with Various Functional Groups"Faraday Discussion. 121. 373-389 (2002)

K.Uosaki：“通过具有各种官能团的自组装单层烷基硫醇覆盖的金纳米簇多层进行电子和离子传输”法拉第讨论。

M.E.Quayum: "Formation of Organic Monolayer on a Hydrogen Terminated Si(111) Surface via Silicon-Carbon Bond Monitored by ATR FT-IR and SFG Spectroscopy : Effect of Orientational Order on the Reaction Rate"Chemistry Letters. 208-209 (2001)

M.E.Quayum：“通过 ATR FT-IR 和 SFG 光谱监测的硅碳键在氢封端的 Si(111) 表面上形成有机单分子层：取向顺序对反应速率的影响”化学快报。

M.E.Quayum: "Formation of Organic Monolayer on a Hydrogen Terminated Si(111) Surface via Silicon-Carbon Bond Monitored by ATR FT-IR and SFG Spectroscopy : Effect of Orientational Order on the Reaction Rate"Chemistry Letters. 208-209 (2002)

M.E.Quayum：“通过 ATR FT-IR 和 SFG 光谱监测的硅碳键在氢封端的 Si(111) 表面上形成有机单分子层：取向顺序对反应速率的影响”化学快报。

T.Kondo: "Control of the Charge Transfer Rate at a Gold Electrode Modified with a Self-Assembled Monolayer Containing Ferrocene and Azobenzene by Electro-and Photochemical Structural Conversion of cis-and trans-forms of the Azobenzene Moiety"Langmuir. 17(

T.Kondo：“通过偶氮苯部分的顺式和反式形式的电化学和光化学结构转换来控制用含有二茂铁和偶氮苯的自组装单层改性的金电极的电荷转移速率”Langmuir。

T.Kondo: "A Novel Spectroelectrochemical Cell for In Situ Surface X-ray Scattering Measurements of Single Crystal Disk Electrodes"Electrochimica Acta. 47・19. 3075-3080 (2002)

T.Kondo：“用于单晶圆盘电极原位表面 X 射线散射测量的新型光谱电化学池”《电化学学报》47・19（2002 年）。