ポルフィリン単分子層のナノ構造制御と電子移動

機能性電極の設計指針を確立するには、電極表面構造と電子移動反応との関係を明らかにすることが重要である!本研究ではこの目的のため、ポルフィリン単分子層のナノ構造と電子移動機構との関係を系統的に明らかにする研究を遂行するとともに、単分子層の構造制御や評価を行う上で不可欠な関連プロセスの分子レベル解析を実行した。メタロポルフィリン単分子層の構築は、前年度に確立したチオール誘導体の単分子層を構築した後に金属イオンを導入する方法により行った。電極触媒能の評価に必要なポルフィリンの吸着量を評価するために、単分子層の電気化学的還元脱離プロセスを水晶振動子マイクロバランスを用いた質量測定により検討した。単分子層にはアルカンチオールやメルカプトアルキルカルポン酸も用いた。質量変化に及ぼすカチオンや鎖長の効果の検討から、いずれの単分子層でも脱離と同時に溶媒和カチオンが基板表面に吸着することがわかった。また、カルポキシ基のような解離性機能中心の場合にはカチオンとの会合がおきていることが明らかになった。ポルフィリン単分子層については、質量変化からも単分子層の生成が確認されたが、先にメタロポルフィリンを調製し後から単分子層を構築する方法では多層膜の生成が示唆された。これらの結果から、質量変化の測定により単分子層におけるポルフィリンの分子数や構造の評価が行えることが明らかになった。メタロポルフィリン単分子層は酸素分子の還元反応や臭化ベンジルなど含ハロゲン有機化合物の脱ハロゲン化反応に対して良好な活性を示した。アルカンチオールとの混合単分子層を用いて酸素分子の還元反応を検討したところ、ポルフィリン吸着率が減少するとポルフィリンあたりの活性が減少した。また、単分子層をピリジン処理した場合、活性は増加した。このように活性は構造に敏感であることがわかった。

機能性電極の設計指針を確立するには、電極表面構造と電子移動反応との関係を明らかにすることが重要である!本研究ではこの目的のため、ポルフィリン単分子層のナノ構造と電子移動機構との関係を系統的に明らかにする研究を遂行するとともに、単分子層の構造制御や評価を行う上で不可欠な関連プロセスの分子レベル解析を実行した。メタロポルフィリン単分子層の構築は、前年度に確立したチオール誘導体の単分子層を構築した後に金属イオンを導入する方法により行った。電極触媒能の評価に必要なポルフィリンの吸着量を評価するために、単分子層の電気化学的還元脱離プロセスを水晶振動子マイクロバランスを用いた質量測定により検討した。単分子層にはアルカンチオールやメルカプトアルキルカルポン酸も用いた。質量変化に及ぼすカチオンや鎖長の効果の検討から、いずれの単分子層でも脱離と同時に溶媒和カチオンが基板表面に吸着することがわかった。また、カルポキシ基のような解離性機能中心の場合にはカチオンとの会合がおきていることが明らかになった。ポルフィリン単分子層については、質量変化からも単分子層の生成が確認されたが、先にメタロポルフィリンを調製し後から単分子層を構築する方法では多層膜の生成が示唆された。これらの結果から、質量変化の測定により単分子層におけるポルフィリンの分子数や構造の評価が行えることが明らかになった。メタロポルフィリン単分子層は酸素分子の還元反応や臭化ベンジルなど含ハロゲン有機化合物の脱ハロゲン化反応に対して良好な活性を示した。アルカンチオールとの混合単分子層を用いて酸素分子の還元反応を検討したところ、ポルフィリン吸着率が減少するとポルフィリンあたりの活性が減少した。また、単分子層をピリジン処理した場合、活性は増加した。このように活性は構造に敏感であることがわかった。