ポルフィリン単分子層のナノ構造制御と電子移動

本研究では、電極基板の構造を金属イオンのアンダーポテンシャルデポジション(upd)により制御することで二次元分布のコントロールされたポルフィリン/アルカンチオール混合単分子層を電極表面に構築する方法について検討した。機能分子としてはポルフィリンの他に、2-アミノエタンチオール(AET)や3-メルカプトプロピオン酸(MPA)も用いた。本混合単分子層構築手順は、(1)金属イオン(Pb^<2+>)のupd、(2)アルカンチオール単分子層の構築、(3)upd金属の酸化脱離、(4)空サイトへの機能分子の吸着による混合単分子層構築の4ステップからなる。各ステップにおけるPbの析出量(または残存量)、アルカンチオールの吸着量、機能分子の吸着量をXPSや電気化学法により評価した結果、以下のことがわかった。1.ステップ(2)のPb量はステップ(1)での値と同じでありupdPbの構造が保たれたままアルカンチオール単分子層が構築される。2.Pbはステップ(3)の操作でほぼ完全に脱離しアルカンチオール単分子層中にPbの初期吸着量に等しい数の空サイトが生成する。3.ステップ(4)で空サイトに機能分子が定量的に吸着する。4.これらの機能分子は混合溶液から調整した場合のようなドメイン形成ではなく均一分散する。5.この分散状態は長時間安定である。6.ポルフィリン分子は単一単分子層よりも混合単分子層でより密にかつより垂直な配向でバッキングしている。7.Co(II)ポルフィリン当たりの酵素分子の還元に対する活性はポルフィリン単一単分子層の活性より低くまたアルカンチオールの鎖長の増加とともに減少する。以上から、本法は組成と分散状態を制御して複合単分子層を構築できる新しい手法となり得ることが明らかになった。

本研究では、電極基板の構造を金属イオンのアンダーポテンシャルデポジション(upd)により制御することで二次元分布のコントロールされたポルフィリン/アルカンチオール混合単分子層を電極表面に構築する方法について検討した。機能分子としてはポルフィリンの他に、2-アミノエタンチオール(AET)や3-メルカプトプロピオン酸(MPA)も用いた。本混合単分子層構築手順は、(1)金属イオン(Pb^<2+>)のupd、(2)アルカンチオール単分子層の構築、(3)upd金属の酸化脱離、(4)空サイトへの機能分子の吸着による混合単分子層構築の4ステップからなる。各ステップにおけるPbの析出量(または残存量)、アルカンチオールの吸着量、機能分子の吸着量をXPSや電気化学法により評価した結果、以下のことがわかった。1.ステップ(2)のPb量はステップ(1)での値と同じでありupdPbの構造が保たれたままアルカンチオール単分子層が構築される。2.Pbはステップ(3)の操作でほぼ完全に脱離しアルカンチオール単分子層中にPbの初期吸着量に等しい数の空サイトが生成する。3.ステップ(4)で空サイトに機能分子が定量的に吸着する。4.これらの機能分子は混合溶液から調整した場合のようなドメイン形成ではなく均一分散する。5.この分散状態は長時間安定である。6.ポルフィリン分子は単一単分子層よりも混合単分子層でより密にかつより垂直な配向でバッキングしている。7.Co(II)ポルフィリン当たりの酵素分子の還元に対する活性はポルフィリン単一単分子層の活性より低くまたアルカンチオールの鎖長の増加とともに減少する。以上から、本法は組成と分散状態を制御して複合単分子層を構築できる新しい手法となり得ることが明らかになった。