ナノカーボンマテリアルを用いた超分子集合体構築と光電変換デバイスへの展開

纳米碳材料超分子聚集体的构建及其在光电转换器件中的应用

• 批准号: 08F08029
• 负责人: 羽曾部 卓
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Japan Advanced Institute of Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08F08029/
• 关键词: ポルフィリン; 光誘起電子移動; ナノカーボンマテリアル; 光エネルギー変換; ナノ粒子; 一重項-一重項消滅過程; 三重項-三重項消滅過程; 蛍光寿命; 過渡吸収スペクトル

本研究課題では電子ドナー分子としてポルフィリン、電子アクセプター分子としてフラーレン・カーボンナノチューブを用いて光電変換機能を有する分子集合体の構築、その光物性評価、さらに光電変換特性まで段階的に研究展開を図ることを目的としている。本年度は新たな研究展開としてメソ位にピリジル基を有する亜鉛ポルフィリンとフラーレンC_<60>に界面活性剤としてセチルトリメチルアンモニウムブロマイド(CTAB)を用いてアセトニトリル/DMF混合溶媒中で超分子組織化を行うことによりフラーレンC_<60>が内部包接されたポルフィリンナノロッドの合成・作製に成功した。このナノロッドでは、外側にポルフィリン集合体層、内側にフラーレン集合体層という極めて希な内外二重構造を有しており、外側のポルフィリン層を光照射することにより良好な光誘起電子移動特性が観測される。さらに、本研究ではさらに発展させて、フラーレンC_<60>に嵩高さの異なる置換基を導入したC_<60>誘導体及びC_<70>を用いて同様の作製条件によりポルフィリンナノロッド作製を行った。その結果、C_<70>を挿入したときは直径及び長さに変化がほとんど無いものの、C_<60>誘導体を用いたときは基本分子の嵩高さが増すにつれて直径及び長さともに増大するという結果になった。時間分解分光測定(過渡吸収スペクトル・蛍光寿命測定)からポルフィリン外層からフラーレン内層への光誘起電子移動過程は集合体サイズに大きく依存することが分かった。つまり、ロッド直径が大きくなるにつれて、電荷分離過程及び電荷再結合過程ともに寿命は長くなる。また、光電変換特性評価ではIPCE:35%及び変換効率0.63%が得られ、フラーレンを内包していない系と比較して20倍という大幅な光電変換特性の改善が達成された。その他、ポルフィリンーカーボンナノチューブ複合体の光誘起電子移動特性・光電変換特性についても検討を行った。

This research project is aimed at the construction of molecular aggregates with photoelectric conversion function, evaluation of optical properties, and research on photoelectric conversion characteristics of electronic molecules and electronic molecules. This year, <60>a new study was carried out on the synthesis of supramolecular tissues in mixed solvents of CTAB and DMF<60>. The light induced electron mobility characteristics of the outer and outer layers of the polymer aggregate layer, the inner and outer layers of the polymer aggregate layer, and the inner and outer layers of the polymer aggregate layer are measured. In this study, we developed a new method for the synthesis of C<60>_<60>(2-) and C_(3-)<70>. As a result, C_(2) increases in diameter and length, and <70>C_<60>(2) increases in height of basic molecules. Time resolved spectroscopic measurements (transient absorption measurements) of photoinduced electron migration processes in the outer layer and inner layer The charge separation process and the charge recombination process have a long life. The photoelectric conversion characteristics were evaluated by IPCE:35% and conversion efficiency: 0.63%. The improvement of photoelectric conversion characteristics was achieved by 20 times. Photoinduced electron mobility characteristics and photoelectric conversion characteristics of the complex are discussed.

项目成果

ポルフィリンナノ粒子のサイズ制御と光物性

卟啉纳米粒子的尺寸控制和光学性质

• 发表时间: 2009
• 作者: Sandanayaka Atula S. D.;荒木保幸、和田健彦、羽曾部卓
• 通讯作者: 荒木保幸、和田健彦、羽曾部卓

Structual and Photophysical Properties of Self-Assembled Porphyrin Nanoassemblies Organized by Ethylene Glycol Derivatives

乙二醇衍生物自组装卟啉纳米组件的结构和光物理性质

• 发表时间: 2008
• 期刊: J. Phys. Chem. C 112
• 作者: A. S. D. Sandanayaka;Y. Araki;T. Wada;T. Hasobe
• 通讯作者: T. Hasobe

Photoinduced Electron Transfer in Aqueous Carbon Nanotubes/Block Copolymer/CdS Hybrids : Application in the Construction of Photoelectrochemical Cells

水性碳纳米管/嵌段共聚物/CdS 杂化物中的光诱导电子转移：在光电化学电池构建中的应用

• 发表时间: 2009
• 期刊: J.Mater. Chem. 19
• 作者: Hasobe;Sandanayaka;et al
• 通讯作者: et al

Porphyrin Nanoassemblies Organized by Surfactants

由表面活性剂组织的卟啉纳米组件

• 发表时间: 2010
• 作者: Sandanayaka;Hasobe
• 通讯作者: Hasobe