フラーレン誘導体を用いた光電流制御についての研究

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フラーレンはその巨大な共役ネットワークに由来する特異な光電気化学特性を有し,分子デバイスの核となる分子として注目を集めている.本研究において著者らは,フラーレンに適切な化学修飾を施すことによって,光を電流へと変換する,いわゆる光電変換素子への応用することを試みた.フラーレンは高い電子受容能を持ち,電子ドナー分子を結合させることで,光励起による分子内電荷分離状態を生成することが容易であると考えられる.著者らは,優秀な電子ドナー分子である種々の金属ポルフィリンと,ラーレンを連結させた新規化合物を合成した.光励起後の金属ポルフィリンからの発光は劇的に減少し,このことは光励起されたポルフィリンの電子が,フラーレンへと電子移動していることを示唆している.続いて著者らは,イミダゾールによって予め修飾されたインジウムスズ酸化物(ITO)を,上述した連結分子の溶液中に浸漬させた.結果,ITO表面に,連結分子の単層分子膜が形成されていることがわかった.イミダゾールの窒素部位が金属ポルフィリンの中心金属に配位したものと考えられる.得られた分子膜に,光を照射したところ,光電流の発生を確認することが出来た.興味深いことに,用いた金属ポルフィリンの中で,マグネシウムを中心金属とする金属ポルフィリンが,最も高い量子収率を示した,通常,金属ポルフィリンを用いた光電流の研究領域では,酸素に対する不安定性から,マグネシウムポルフィリンは用いられない.しかし本研究で得られたフラーレンとの連結分子は,酸素に対して高い安定性を有しており,光電変換素子へと応用することが可能であった.これは,マグネシウムポルフィリンを光電変換素子として用いた最初の例であり,天然光合成のミミックとして,有益な知見を与えるものである.