超分子型フラーレン/グラフェンナノハイブリッドの創製とその光電子機能応用

超分子富勒烯/石墨烯纳米杂化物的制备及其光电功能应用

• 批准号: 10F00205
• 负责人: 中西 尚志
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: National Institute for Materials Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10F00205/
• 关键词: フラーレン; グラフェン; カーボンナノチューブ; ナノカーボン; 光電変換素子; 光熱変換; 太陽電池; FET; 自己組織化; 光電変換; 局所温度計; 超分子

本研究課題では、長鎖アルキル基を導入したフラーレン誘導体とナノカーボン材料とのハイブリッド材料の創製および光電変換素子開発に関して主に取り組んだ。フラーレンのカウンターパートとなるナノカーボン材料には、単層カーボンナノチューブやグラフェンを採用した。ナノカーボンを素材とする理由は、様々な有用な光・電子機能性物質でありながら、有機と無機の機能性を両方保持しており、軽量、機械的強度に優れている、化学安定性が比較的高いなど、次世代の有機エレクトロニクスまたはプリンタブルテクノロジーへ対応できる素材開発の可能性を秘めているからである。研究代表者はこれまでに、フラーレンに長鎖アルキル基を導入し、フラーレン間とアルキル鎖間の相互作用を巧みに制御することで様々な形状、形態のフラーレン自己組織化構造材料を創製してきた。その中で、このフラーレン誘導体がグラファイト(高配向焼結グラファイト)の表面格子上に高い親和性を示すことを見出していた。この結果を基に、研究分担者と共にグラファイトに表面に代えて、同じ炭素二次元骨格を持つカーボンナノチューブやグラフェンを素材として、フラーレン誘導体との相互作用を利用したナノカーボンハイブリッド材料の創製に取り組むこととした。具体的には、三つの系に取り組んだ。1)フラーレン/カーボンナノチューブ複合体組織構造を利用したカーボンナノチューブNIR発熱効果の温度指示体の創製、2)フラーレン/カーボンナノチューブ複合体組織膜による光電変換素子開発およびFETナノデバイス評価、3)フラーレン/グラフェン複合体組織膜による光電変換素子開発。特に2)は論文として発表するに至り、3)に関しては、全ての実験は終了し、現在論文執筆中である。いずれの系においても、良好な光応答性の光電変換素子となっており、ハイブリッド材料創製および電極上固定化の最適化実験が期待通り性能発現に寄与したこと分かった。光電流発光効率を比較すると、フラーレン誘導体のみを基準にカーボンナノチューブ系で約160倍、グラフェン系で約260倍の増加を達成することに成功した。IPCEとしては、カーボンナノチューブ系で約5%、グラフェン系でさらに電子ドナー性のP3HT混合で約15%まで向上させることに成功した。したがって、本研究結果より、光電変換素子開発むけたナノカーボンハイブリッド材料の有用性を十分に示すことができたと考えている。

This research topic で は, long locks ア ル キ ル base を import し た フ ラ ー レ ン inductor と ナ ノ カ ー ボ ン material と の ハ イ ブ リ ッ ド material の created お よ び photoelectric - switch element child 発 に masato し て master に take り group ん だ. フ ラ ー レ ン の カ ウ ン タ ー パ ー ト と な る ナ ノ カ ー ボ ン material に は, 単 カ ー ボ ン ナ ノ チ ュ ー ブ や グ ラ フ ェ ン を using し た. ナ ノ カ ー ボ ン を material と す る reason は, others 々 な useful な light, electronic functional matter で あ り な が ら, organic inorganic の と functional を struck party keep し て お り, 軽 amount, the strength of the mechanical に optimal れ て い る, high chemical stability が comparison い な ど, next generation の organic エ レ ク ト ロ ニ ク ス ま た は プ リ ン タ ブ ル テ ク ノ ロ ジ ー へ 応 seaborne で き Youdaoplaceholder0 material development possibilities を secrets めて る る らである. Research representatives は こ れ ま で に, フ ラ ー レ ン に long locks ア ル キ ル を import し, フ ラ ー レ ン between と ア ル キ ル の interaction between lock を qiao み に suppression す る こ と で others 々 な shape, shape の フ ラ ー レ ン their organizational structure material を created し て き た. そ の で, こ の フ ラ ー レ ン inductor が グ ラ フ ァ イ ト (high alignment 焼 knot グ ラ フ ァ イ ト) の に high in the surface grid い affinity を shown す こ と を shows し て い た. こ の results を に, research sharers と altogether に グ ラ フ ァ イ ト に に surface generation え て, with じ carbon secondary yuan bone を hold つ カ ー ボ ン ナ ノ チ ュ ー ブ や グ ラ フ ェ ン を material と し て, フ ラ ー レ ン inductor と の を interaction using し た ナ ノ カ ー ボ ン ハ イ ブ リ ッ ド material の created に group take り む こ と と し た. The specific に に and three に に are に taken from the んだ group. 1) フ ラ ー レ ン / カ ー ボ ン ナ ノ チ ュ ー ブ を complex organization structure using し た カ ー ボ ン ナ ノ チ ュ ー ブ NIR 発 hot working fruit の temperature indicating の created, 2) フ ラ ー レ ン / カ ー ボ ン ナ ノ チ ュ ー ブ complex tissue membrane に よ る photoelectric - switch element child 発 お よ び FET ナ ノ デ バ イ ス review 価, 3) フ ラ ー レ ン / グ ラ フ ェ ン Complex tissue membrane による photocommutator activation. 1)に 2) the である paper と て て is released from するに to に, 3)に related to て て, the entire て <s:1> practical experiment is completed である, and the paper is currently being written である. い ず れ の is に お い て も, good な light 応 answer の photoelectric variations in grain son と な っ て お り, ハ イ ブ リ ッ ド material created お よ び electrode on the optimal immobilized の be 験 が expect り performance 発 に send now with し た こ と points か っ た. Photocurrent 発 を light working rate comparison す る と, フ ラ ー レ ン inductor の み を benchmark に カ ー ボ ン ナ ノ チ ュ ー ブ で about 160 times, グ ラ フ ェ ン agreement about 260 times the の で raised を requirement by す る こ と に successful し た. IPCE と し て は, カ ー ボ ン ナ ノ チ ュ ー ブ で about 5%, グ ラ フ ェ ン department で さ ら に electronic ド ナ ー sex の P3HT mixed で about 15% ま で upward さ せ る こ と に successful し た. し た が っ て, this study よ り, photoelectric - switch element child 発 む け た ナ ノ カ ー ボ ン ハ イ ブ リ ッ ド material の usefulness を very に shown す こ と が で き た と exam え て い る.

项目成果

Carbon Nanohybrids for Photo-thermal and Photo-energy Conversions

用于光热和光能转换的碳纳米杂化物

• 发表时间: 2011
• 作者: Y.Shen;T.Nakanishi
• 通讯作者: T.Nakanishi

Self-organized Alkylated-Fullerene as Reusable Template and Temperature Indicator

自组织烷基化富勒烯作为可重复使用的模板和温度指示剂

• 发表时间: 2011
• 作者: Y.Shen;T.Nakanishi
• 通讯作者: T.Nakanishi

Fullerene-Carbon Nanotubes Assemblies as Temperature Indicator for photothermal conversion

富勒烯-碳纳米管组件作为光热转换温度指示器

• 发表时间: 2011
• 作者: Y.Shen;et al
• 通讯作者: et al

Fullerene Based Self-assembled Morphological Materials, in "Handbook of Carbon Nanomaterials"

富勒烯基自组装形态材料，载于《碳纳米材料手册》

• 发表时间: 2012
• 作者: Y.Shen;T.Nakanishi;et al
• 通讯作者: et al

Single-wall carbon nanotube latexes.

• DOI: 10.1021/am900936j
• 发表时间: 2010-02
• 期刊: ACS applied materials & interfaces
• 影响因子: 9.5
• 作者: M. Antonietti;Yanfei Shen;T. Nakanishi;Michael Manuelian;R. Campbell;Liang Gwee;Y. Elabd;Nikhil Tambe;R. Crombez;J. Texter