チオカルボニル色素内包カーボンナノチューブの開発と応用

含硫代羰基染料的碳纳米管的开发及应用

• 批准号: 17K14448
• 负责人: 三宅 秀明
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Yamaguchi University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-01 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17K14448/
• 关键词: 有機色素; チオカルボニル; カーボンナノチューブ; チオフェン; フェロセン; 光触媒; 色素増感; π共役系; 分子内包

本研究は、カーボンナノチューブ(CNT)に有機色素を内包させ、光機能デバイスの可視光利用効率を向上させることを目的としている。分子サイズのコンパクトさと長波長可視光吸収を両立させるため、チオカルボニル基の特性を活用することが本研究の特徴である。これまでに、ジチオフェンをコアとする色素を開発し(極大吸収波長477nm (ε= 26800))、そのCNT内包挙動を検討してきた。今回、より長波長の可視光利用を目指し、チオフェン四量体であるクォーターチオフェンをコアとする色素開発を行った。直接アリール化反応による骨格形成反応を検討したところ、収率は低く、溶解性にも難があった。しかし、臭素部位の隣接位にメチル基を導入することで、収率および溶解性の改善に成功した。得られた化合物をローソン試薬で硫化することで目的の色素を合成し、π共役系の拡張による吸収波長の長波長シフトを確認した(極大吸収波長519nm (ε= 34200))。更なる吸収波長の長波長化を目的として、2,1,3-ベンゾチアジアゾール(BTD)部位の活用を検討した。電子豊富チオフェンとBTDジブロモ体の直接アリール化反応を開発し、得られたオリゴマーを色素分子の骨格に活用した。その結果、更なる吸収波長の長波長シフトに成功した(極大吸収波長597nm (ε= 43800))。得られた色素を有機溶媒中でCNTと混合することで、簡便に内包させることに成功した。色素内包CNTの吸収スペクトルを解析したところ、内包色素に由来する光吸収増が確認された。得られた色素内包CNTを光触媒システムに応用し、水素の量子収率を向上させることに成功した。特に、BTDオリゴマー型色素を内包させた場合、波長650 nmの光照射条件下で量子収率22%という高い効率を示した。（色素なしの場合は同条件下で量子収率0.018%。）

は, this study カ ー ボ ン ナ ノ チ ュ ー ブ (CNT) に organic pigment を insourcing さ せ, optical functional デ バ イ ス の visible light using the working rate を upward さ せ る こ と を purpose と し て い る. Molecular サ イ ズ の コ ン パ ク ト さ と long wavelength visible light absorption 収 を struck made さ せ る た め, チ オ カ ル ボ ニ ル base の features を use す る こ と が の, this study 徴 で あ る. こ れ ま で に, ジ チ オ フ ェ ン を コ ア と す る pigment を open 発 し (great 収 absorption wavelength of 477 nm (26800) epsilon =), そ の CNT insourcing 挙 dynamic を beg し 検 て き た. Today, back よ り long wavelength の visible light using を refers し, チ オ フ ェ ン four quantity body で あ る ク ォ ー タ ー チ オ フ ェ ン を コ ア と す る pigment open 発 を line っ た. The direct アリ アリ アリ に reaction to the 応による bone grid formation reaction to the 応を検 reaction to the たと たと ろ, has a <s:1> low yield く, and is difficult to dissolve に and があった. The 隣 of the odor site 隣 is connected to the にメチ にメチ base を for を introduction of する <s:1> とで とで, and the yield および solubility <s:1> is improved に successfully. Youdaoplaceholder7. Compounds have ら れ た を ロ ー ソ ン try 薬 で sulfide す る こ と で purpose の を pigment synthesis is の し, PI service company, zhang に よ る 収 absorption wavelength の long wavelength シ フ ト を confirm し た (great 収 absorption wavelength of 519 nm (34200) epsilon =). More な る 収 absorption wavelength の long wavelength change を purpose と し て, 2,1,3 - ベ ン ゾ チ ア ジ ア ゾ ー ル の (BTD) parts use を beg し 検 た. Electronic aboundant チ オ フ ェ ン と BTD ジ ブ ロ モ body の directly ア リ ー ル turn against 応 を open 発 し, ら れ た オ リ ゴ マ ー を pigment molecules の bone に use し た. Youdaoplaceholder0 そ result, the なる absorption wavelength <s:1> longer wavelength シフトに successful た(maximum absorption wavelength 597nm (ε= 43800)). Have ら れ た を organic solvent in the pigment で CNT と mixed す る こ と で, simple に insourcing さ せ る こ と に successful し た. Pigment insourcing CNT の suction 収 ス ペ ク ト ル を parsing し た と こ ろ, insourcing pigment に origin す る light absorption 収 raised が confirm さ れ た. The られた pigment-encapsulated CNTを photocatalyst システムに応 was successfully used with the を and hydroquinine <s:1> quantum yield を upward させる とに とに とに とに とに た. に, BTD オ リ ゴ マ ー type pigment を insourcing さ せ た occasions, the wavelength of 650 nm の で under the condition of light quantum 収 rate 22% と い う high い を working rate in し た. The quantum yield of で under the same conditions in the case of pigment な leakage is 0.018%.

项目成果

交互累積型オリゴマー及びその製造方法

替代的累积低聚物及其生产方法

• 发表时间: 2017

Hydrogen-Evolving CNT-Photocatalysts for Effective Use of Solar Energy

用于有效利用太阳能的析氢碳纳米管光催化剂

• DOI: 10.1007/978-3-319-92917-0_9
• 发表时间: 2018
• 期刊: Nanocarbons for Energy Conversion: Supramolecular Approaches. Nanostructure Science and Technology.
• 作者: Takaguchi Yutaka;Tajima Tomoyuki;Miyake Hideaki
• 通讯作者: Miyake Hideaki

Syntheses of Donor-Acceptor Oligomers by Direct Arylationof Thiophen and 2,1,3-Benzothiadiazole Moieties

通过噻吩和 2,1,3-苯并噻二唑部分直接芳基化合成供体-受体低聚物

• 发表时间: 2018
• 作者: Hideaki Miyake;Ito Tomoka;Shibata Masaru;Tomoyuki Tajima;Yutaka Takaguchi
• 通讯作者: Yutaka Takaguchi

直接アリール化によるドナー・アクセプター型色素化合物の合成とその性質

直接芳基化合成给受体型染料化合物及其性能

• 发表时间: 2017
• 作者: Hideaki Miyake;Noritake Murakami;Kango Ishimoto;Kakeru Nishikawa;Tomoyuki Tajima;Yutaka Takaguchi;三宅秀明，伊藤朋香，芝田勝，田嶋智之，高口豊
• 通讯作者: 三宅秀明，伊藤朋香，芝田勝，田嶋智之，高口豊

Encapsulation of Thiocarbonyl Dye into Carbon Nanotubes and their Applications to Photocatalyst

碳纳米管封装硫代羰基染料及其在光催化剂中的应用

• 发表时间: 2017
• 作者: Hideaki Miyake;Noritake Murakami;Kango Ishimoto;Kakeru Nishikawa;Tomoyuki Tajima;Yutaka Takaguchi
• 通讯作者: Yutaka Takaguchi