パンクロマティック有機色素の創製を基盤とするエネルギー変換デバイスの開発

基于全色有机染料的能量转换装置的开发

• 批准号: 22K05260
• 负责人: 佐々木 真一
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Nagahama Institute of Bio-Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05260/
• 关键词: 色素; クロロフィル; 人工光合成; 太陽電池; ペロブスカイト; 光触媒; 水素発生; 自己会合; 有機色素

有機薄膜太陽電池の効率向上にむけて、クロロフィル-aから誘導される自己会合性の亜鉛クロリンとフラーレン（C60）を組み合わせたデバイスを作製し、動作原理の解明を行った。この電池は従来型のドナー・アクセプター系とは異なり、光合成Z-スキームと同様のエネルギー配列で作動することを明らかにした。クロリン層へエチレンジアミンを添加することにより、効率を280%増大できることを示した。紅色光合成細菌の産生するバクテリオクロロフィル-aを素材として、ペロブスカイト太陽電池へ応用できる機能性色素の合成を行った。17位エステル末端に疎水性/親水性の異なる５種の側鎖を導入した自己会合性バクテリオクロリンを合成し、ホール輸送層としての特性を調べたところ、脂溶性のドデシル基を導入した色素J型会合体薄膜を用いた電池が最も高い光電変換効率を示した。クロロフィルとバクテリオクロロフィルの自己会合性誘導体を溶液乾固法でTi3C2Txナノシート上にコーティングした有機無機ハイブリッド型光触媒を作製し、光照射下において水分解により水素発生を行う際の触媒効率を検討した。光吸収域の異なる２種の色素を順次積層させることにより、近赤外に至るまでの幅広い波長領域の光を活用することができ、各色素それぞれを単独で用いた場合よりもはるかに水素発生効率が向上することを示した。クロロフィルポリマー膜を利用したスーパーキャパシタの構築を目的として、電気化学的重合法に適したモノマーユニットの構造探索を行った。クロリン環の３位置換基（ビニル、エテニル）ならびに中心金属（Mg, Co, Ni, Cu, Zn, Ga）をかえたモノマーを合成し、ITOガラス基板上に重合させて蓄電性能を評価したところ、NiとCuクロリンが他の金属錯体よりも良好な特性を示した。

Organic thin film solar cell の sharper rate upward に む け て, ク ロ ロ フ ィ ル -a か ら induced さ れ る meet their sexual の 亜 lead ク ロ リ ン と フ ラ ー レ ン (C60) を group み close わ せ た デ バ イ ス し, action principle of the を cropping の interpret を line っ た. こ の battery は 従 type to の ド ナ ー · ア ク セ プ タ ー department と は different な り, photosynthetic Z - ス キ ー ム と with others の エ ネ ル ギ ー with moving column で す る こ と を Ming ら か に し た. ク ロ リ ン layer へ エ チ レ ン ジ ア ミ ン を add す る こ と に よ り, unseen を 280% raised で き る こ と を shown し た. Red の photosynthetic bacteria produce す る バ ク テ リ オ ク ロ ロ フ ィ ル -a を material と し て, ペ ロ ブ ス カ イ ト solar cell へ 応 with で き る の functional pigment synthesis を line っ た. 17 エ ス テ ル end に 疎 water/hydrophilic の different な る five の side chain を import し た meet their sexual バ ク テ リ オ ク ロ リ ン を synthetic し, ホ ー ル transport layer と し て の features を adjustable べ た と こ ろ, fat-soluble の ド デ シ ル base を import し た pigment type J will fit film を use い た battery が も most high い - in sharper rate photoelectric を shown し た. ク ロ ロ フ ィ ル と バ ク テ リ オ ク ロ ロ フ ィ ル の meet their sexual inductor を solution method of dry solid で Ti3C2Tx ナ ノ シ ー ト on に コ ー テ ィ ン グ し た organic inorganic ハ イ ブ リ ッ ド type し, light the light catalyst を cropping under に お い て water decomposition に よ り 発 raw water element line を う interstate の catalyst working rate を beg し 検 た. Light absorption 収 domain の different な る two の pigment を progressive horizon さ せ る こ と に よ り, nearly bare に to る ま で の picture hiroo い の を light wavelength field use す る こ と が で き, each pigment そ れ ぞ れ を 単 で alone with い た occasions よ り も は る か に 発 raw water element working rate が upward す る こ と を shown し た. ク ロ ロ フ ィ ル ポ リ マ を ー membrane using し た ス ー パ ー キ ャ パ シ タ の build を purpose と し て, electric 気 chemical heavy legal に し た モ ノ マ ー ユ ニ ッ ト の line structure to explore を っ た. ク ロ リ ン ring の 3 position in base (ビ ニ ル, エ テ ニ ル) な ら び に center metal (Mg, Co, Ni, Cu, zinc, Ga) を か え た モ ノ マ ー を synthetic し, ITO ガ ラ ス substrate に overlap さ せ て electrical storage を review 価 し た と こ ろ, Ni と Cu ク ロ リ ン が の metal misprinted he よ り も な characteristics を and shown good し た.

项目成果

Biopolymer Films of Metal-Coordinated Chlorophyll-a Derivatives for “Green” Supercapacitor Electrodes

• DOI: 10.1021/acsaem.2c02154
• 发表时间: 2022-09
• 期刊: ACS Applied Energy Materials
• 影响因子: 6.4
• 作者: Chao Zhang;Hangchen Ren;Ziyan Liu;S. Sasaki;Xiaofeng Wang

Biohybrid Organic Heterostructure Based on Chlorophyll‐Bacteriochlorophyll Aggregates for Ecofriendly Hydrogen Production

基于叶绿素-细菌叶绿素聚集体的生物杂化有机异质结构用于环保制氢

• DOI: 10.1002/chem.202201855
• 发表时间: 2022
• 期刊: Chemistry - A European Journal
• 作者: Li Yuanlin;Zheng Tianfang;Liu Yanxiang;Levchenko Georgiy G.;Han Wei;Pashchenko Aleksey V.;Sasaki Shin‐ichi;Tamiaki Hitoshi;Wang Xiao‐Feng
• 通讯作者: Wang Xiao‐Feng

Electropolymerized Chlorophyll Derivative Biopolymers for Supercapacitors

• DOI: 10.1016/j.cej.2022.138000
• 发表时间: 2022-07
• 期刊: Chemical Engineering Journal
• 影响因子: 15.1
• 作者: Chao Zhang;Shengnan Duan;Mi Zhou;Ziyan Liu;Hangchen Ren;S. Sasaki;Xiaofeng Wang

Analysis of Solvent Effects on Absorption Spectra for Chlorin-Based Dyad Sensitizers by TD-DFT Calculations

通过 TD-DFT 计算分析溶剂对二氯基二元体敏化剂吸收光谱的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Nakamura Takashi;Sasaki Shin-ichi;Wang Xiao-Feng;Kitao Osamu
• 通讯作者: Kitao Osamu

Bacteriochlorin aggregates as dopant-free hole-transporting materials for perovskite solar cells

菌绿素聚集体作为钙钛矿太阳能电池的无掺杂空穴传输材料

• DOI: 10.1016/j.orgel.2022.106596
• 发表时间: 2022
• 期刊: Organic Electronics
• 影响因子: 3.2
• 作者: Li Na;Wang Baoning;Sasaki Shin-ichi;Miyasaka Tsutomu;Chen Gang;Wang Xiao-Feng
• 通讯作者: Wang Xiao-Feng