光エネルギー変換機能型セルロース超薄膜の創製

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セルロースの高機能性材料しての利用には高次構造の制御が重要であり、Langmuir-Blodgett(LB)法はそれを可能とする有望な方法である。本研究は、自己組織性と光誘起電子移動機能を期待して分子設計された高位置選択的置換セルロース誘導体からLB法により三次元ナノ超分子体を構築し、それらの電気的・光電気化学的性質を精査することにより、光電変換機能材料としての利用の可能性を検討したものである。前年度において、新規なセルロース誘導体、6-0-ポルフィリン-2,3-ジ-0-ステアロイルセルロースの優れた光電変換特性を見出している。本年度は更なる機能向上化を目的として、以下の成果を得た。(1)ポルフィリン環中心金属と光電流特性の関係について精査することで、光電流量子収率を約6倍向上させることに成功した。これはポルフィリン基の酸化電位及び水面上での単分子膜の安定性が量子収率に対して大きな影響を与えることを見出した。しかし、多層膜構造の外部量子収率が一層とほぼ同等であり、電子ホッピング機構を回避するLB多層膜の構築という新たな課題が生じた。そこで、(2)ポルフィリンセルロースとフラーレン(C60)を混合することで、一層あたりの量子収率を約4倍向上させるとともに、LB多層膜においても高い外部量子収率を実現した。これらの結果から、C60分子が電荷分離を促進するのみなちず、層間の電子キャリアとして電子移動を仲介する機能を見出した。セルロースを基盤とした光電変換素子は合成高分子で得られる特性値に匹敵ないしは凌駕したものである。今後、高機能化セルロース誘導体の特徴を活かした光エネルギー変換材料の開発に期待がもたれる。