フラーレン増感光起電デバイス内の光電流変換過程の直設観測

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本年度は、金属ポルフィリンの配位サイトを増やし、更なる高効率の電荷分離系を構築するため、亜鉛ポルフィリンにクラウンエーテルを導入し、フラーレンにはアンモニウム塩部位を導入する試みを行った。結果として、亜鉛ポルフィリンとフラーレン間の配位結合定数の増大と、電荷分離効率の向上が見られ、また、それに付随して、アンモニウム塩を有しないフラーレンが、クラウンエーテル付加された亜鉛ポルフィリンとの間で錯形成を行い、ポルフィリンの励起一重項からの光電荷分離する事が新規に確認できた。これまで、亜鉛ポルフィリンとフラーレン間にはπ-π相互作用による分子間結合が存在する可能性が示唆されてきたが、極性溶媒中ではこの分子間結合由来の高速電荷分離過程は確認されていなかった。本研究により、亜鉛ポルフィリンにクラウンエーテルを導入する事で、フラーレン間との分子間相互作用が増強され、励起一重項からの電荷分離が可能となることが明らかとなった。また、電子ドナーとして単層カーボンナノチューブを利用する試みも行った。カーボンナノチューブは、紫外-可視領域から近赤外領域にいたるすべての波長領域を光吸収するため、もしカーボンナノチューブを光電荷分離プロセスに組み込む事が出来たなら、光捕集能力として完全な存在になると期待される。カーボンナノチューブはそれ自身ではいかなる溶媒へも可溶ではなく、今回、水溶性デンドリマーを利用して重水中へと分散させ、電子アクセプターとして水溶性フラーレン、電子ドナーとして水溶性アントラセン誘導体を利用して、光励起後のイオンラジカル生成を確認した。ピオロゲン共存下では、最終的にオロゲンカチオンラジカルの生成が確認され、このことからカーボンナノチューブの電荷分離プロセスへの寄与が判明した。