半導体ナノ構造体を用いた高機能フォトクロミック材料の創出

利用半导体纳米结构创建高功能光致变色材料

基本信息

批准号：
21K05012
负责人：
小林洋一
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Ritsumeikan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

CuドープZnSナノ結晶のフォトクロミズムの課題は、着色が有機フォトクロミック分子と比べて弱いことである。これは、粒子間のホッピングの前に電荷再結合する成分があること、また着色の起源であるZnSの価電子帯からCu2+への遷移のモル吸収係数が有機分子のものと比べて小さいことが挙げられる。よって、電荷分離を効率的に起こし、生成する電荷分離種の可視領域の振動子強度をより高めるための材料設計を基に研究を行った。　2022年度（2年目）は、ナノ結晶をZnSからZnO, Ag2Sなどの化合物半導体へと拡張し、それらのフォトクロミック特性や光励誘起電荷分離過程を明らかにした。得られた知見の概要を示す。① メルカプトプロピオン酸でキャップしたZnOナノ結晶粉末が紫外光照射により近赤外領域全体に吸収を生じ、照射後元に戻るフォトクロミズムを示すことを明らかにした。ZnOナノ結晶のフォトクロミック反応はこれまでにも知られていた一方、湿潤空気下でもフォトクロミック反応を示す例はこれまでになく、ZnOナノ結晶の新しい機能材料の可能性を見出した（Photochem. Photobiol. Sci.2022, 21, 1781-1791.）。② 近赤外領域まで吸収帯を有し、極めて低毒性のAg2Sナノ結晶に可視光応答性色素であるペリレンビスイミドを配位させた複合ナノ材料を合成し、その光誘起電荷分離挙動を明らかにした。これまでナノ結晶の電荷分離を形成するためには紫外光や可視光を用いる必要があった一方、本材料では720 nmの近赤外光で励起しても電荷分離に由来するペリレンビスイミドのラジカルアニオンのシグナルが瞬時に生成した。Ag2Sナノ結晶高励起状態、または量子サイズ効果が強く表れた小さなナノ結晶からペリレンビスイミドの最低空軌道に高速な電子移動が起きていることが示唆された（ECS J. Solid State Sci. Technol.2022, 11, 101001.）。

铜掺杂 ZnS 纳米晶体光致变色的挑战在于，与有机光致变色分子相比，它们的着色较弱。这是因为在粒子之间跳跃之前存在电荷重组的成分，并且还因为从ZnS的价带到作为着色根源的Cu2+的跃迁的摩尔吸收系数比有机分子Can小。被提及。因此，我们基于材料设计进行了研究，以有效地引起电荷分离，并进一步提高所生成的电荷分离物质在可见光区域的振荡器强度。 2022年（第二年），我们将纳米晶体从ZnS扩展到ZnO和Ag2S等化合物半导体，并阐明了它们的光致变色特性和光激发诱导的电荷分离过程。所获得的调查结果摘要如下所示。 ① 发现巯基丙酸封端的ZnO纳米晶粉末表现出光致变色现象，在紫外光照射下在整个近红外区域产生吸收，照射后又恢复到原来的状态。虽然ZnO纳米晶体的光致变色反应已知已有一段时间，但从未有过即使在潮湿空气中也显示光致变色反应的光致变色反应的例子，我们发现了ZnO纳米晶体作为新型功能材料的潜力（Photochem. Photobiol.科学 2022, 21, 1781-1791。）。 ② 合成了可见光响应染料苝双酰亚胺与近红外区具有吸收带的极低毒性Ag2S纳米晶体配位的复合纳米材料，并阐明了其光致电荷分离行为。它。迄今为止，必须使用紫外光或可见光来形成电荷分离的纳米晶体，但使用这种材料，即使用720 nm的近红外光激发，也可以去除来自电荷分离的苝双酰亚胺自由基阴离子。信号立即产生。有人提出，高速电子转移是从Ag2S纳米晶或具有强量子尺寸效应的小纳米晶的高激发态到苝双酰亚胺的最低未占轨道发生的(ECS J. Solid State Sci. Technol. 2022, 11, 101001. ）。