自己組織化による光機能発現

通过自组织表达光学功能

• 批准号: 25248018
• 负责人: 今堀 博
• 金额: $ 17.97万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-25248018/
• 关键词: 自己組織化; 光機能; 有機太陽電池; 光電荷分離; 細胞; ナノカーボン

本研究では自己組織化と光機能性分子/ナノ材料を組み合わせ、高効率エネルギー変換や新規生体機能を発現する次世代人工光合成を創成していくことを目指した。すなわち、ナノ領域での光機能性分子/ナノ材料、メゾ-マイクロ領域の自己組織化の鍵となる相互作用を理解し、制御することを目的とした。特に次のような学際的な手法により、特異な巨視的特性-機能を発現させることを行った。(1) 種々の分子/ナノ材料を階層的に自己組織化するための構造ー機能相関の学理を解明することを目指した。特にフラーレン・カーボンナノチューブ・グラフェンを半導体電極上に同時に自己組織化し、光電変換特性を発現することに成功した。 (2) ポルフィリン、共役ポリマー、フラーレン誘導体などの光機能性分子/ナノ材料を合理的に電極上に自己組織化させることで高効率太陽光エネルギー変換を実現することを目指した。特に 浸漬溶媒を変化することで酸化チタン上の色素分子の吸着状態を変化させ、結果として色素増感太陽電池性能を制御できることを見いだした。一方、有機薄膜太陽電池では共役ポリマーの主鎖構造にハロゲン原子を導入することでフラーレン誘導体との混合膜状態を変化させ、太陽電池特性を制御することに成功した。(3) 光電荷分離分子と生きた細胞を自己組織化を通じて融合することで細胞機能を光で制御することを行った。具体的には光電荷分離分子を生きた細胞膜に導入し光照射を行うと、細胞膜電位の脱分極が起こること、また光電荷分離寿命と脱分極の大きさに相関があることを見いだした。

在这项研究中，我们的目标是将自组装和光功能分子/纳米材料结合起来，创造下一代人工光合作用，表现出高效的能量转换和新的生物功能。换句话说，我们的目的是了解和控制纳米域和介观微米域中光功能分子/纳米材料自组装的关键相互作用。特别是，我们使用以下跨学科方法开发了独特的宏观特性和功能。 （1）我们的目的是阐明各种分子/纳米材料分层自组装的结构-功能关系理论。特别是，我们成功地将富勒烯、碳纳米管和石墨烯同时自组装到半导体电极上并开发了光电转换性能。 （2）我们的目标是通过在电极上合理自组装卟啉、共轭聚合物和富勒烯衍生物等光功能分子/纳米材料来实现高效太阳能转换。特别是，我们发现通过改变浸渍溶剂，可以改变染料分子在氧化钛上的吸附状态，从而可以控制染料敏化太阳能电池的性能。另一方面，在有机薄膜太阳能电池中，通过在共轭聚合物的主链结构中引入卤素原子，改变了与富勒烯衍生物的混合膜的状态，成功地控制了太阳能电池的特性。 (3)通过自组装将光电荷分离分子与活细胞融合，我们能够用光控制细胞功能。具体而言，我们发现，当将光电荷分离分子引入活细胞膜并用光照射时，细胞膜电位去极化，并且光电荷分离寿命和去极化的幅度之间存在相关性。

项目成果

Photofunctional Materials for Energy and Biological Applications

用于能源和生物应用的光功能材料

• 发表时间: 2013
• 作者: 植松宏紀;水島健;鶴田篤史;藤本聡;Hiroshi Imahori
• 通讯作者: Hiroshi Imahori

Incorporation of Graphene to Fullerene Clusters and Fullerene-Nanotube Composites and Their Photoelectrochemical Properties

• DOI: 10.1149/2.001310jss
• 发表时间: 2013
• 期刊: ECS Journal of Solid State Science and Technology
• 影响因子: 2.2
• 作者: T. Umeyama;Jinseok Baek;Noriyasu Tezuka;Kazuki Morita;H. Imahori

原著論文、総説、著書、特許など

原始论文、评论、书籍、专利等

Supramolecular Nanoscale Donor-Acceptor Architectures for Energy and Biological Applications

用于能源和生物应用的超分子纳米级供体-受体结构

• 发表时间: 2013
• 作者: Juge N;Moriyama S;Miyaji T;Kawakami M;Iwai H;Fukui T;Nelson N;Omote H;Moriyama Y;Hiroshi Imahori
• 通讯作者: Hiroshi Imahori

Highly Efficient Porphyrin-Sensitized Solar Cells

高效卟啉敏化太阳能电池

• 发表时间: 2013
• 作者: Chiba T;Matsuo H;Kawamura Y;Nagamori S;Nishiyama T;Wei L;Nakayama A;Nakamura T;Sakiyama M;Takada T;Taketani Y;Suma S;Naito M;Oda T;Kumagai H;Moriyama Y;Ichida K;Shimizu T;Kanai Y;Shinomiya N.;Hiroshi Imahori
• 通讯作者: Hiroshi Imahori