光同調性分子組織体を用いる光電変換デバイスの構築

利用光可调分子组织构建光电转换器件

• 批准号: 13022254
• 负责人: 山田 淳
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-13022254/
• 关键词: 分子シンクロ; 単分子膜; 分子組織体; 光電変換; 金ナノ粒子; 光電子移動; 人工光合成; 表面プラズモン; 光電変換デバイス

電気化学的傾斜構造を持つ光同調性分子ユニットを二次元、三次元空間に配列させた分子組織系を構成し、色素間のシンクロ現象によるカスケード的な電子移動の向上と電子拡散効果の発現による画期的な光電変換システムの実現を本研究の目的とする。すなわち、電荷分離型色素を金電極や金微粒子表面に化学修飾し、光に同調した色素間のシンクロ現象による電子拡散効果や、表面プラズモン効果による光-色素シンクロ現象を利用した電荷分離状態を原理とする光電変換システムを構築する。さらに、分子シンクロ現象を活用して、光電流の方向を制御できる多機能型光電変換素子も開発する。本年度の成果を以下にまとめる。(1)分子シンクロ現象の効果電解分離型色素としてルテニウム錯体(D)とビオローゲン(A)を連結した色素を合成した。D:A=1:0,1:1,1:2の系や、D-A間距離、A-電極間距離の異なる系について比較検討した結果、光電変換効率は1:2>1:1>1:0の順となった。また、A-電極間は短いほど有利であるのに対し、D-A間には最適距離が存在することを明らかにした。(2)金ナノ粒子-色素ハイブリッドシステム金ナノ粒子とルテニウム錯体、あるいはポルフィリンとのハイブリッド光電変換素子を構築した。ポルフィリン系で数百nAに及ぶ大きな光電流を得た。また、金ナノ粒子の表面プラズモンに基づく光電流の増強効果を世界で初めて見出した。(3)双方向性光電変換素子カソード方向、アノード方向の光電流を発する2種類の色素を混合した単分子膜を作製した。この素子において、500nm以下と600nm以上では逆方向の光電流が発生した。波長でスイッチできる双方向性光電変換素子を創出した。

构建了具有电化学梯度结构的光可调分子单元在二维或三维空间排列的分子组织体系，染料之间的同步现象改善了级联电子转移和电子扩散效应的表达。本研究的目的是实现创新的光电转换系统。换句话说，电荷分离染料在金电极或金颗粒的表面上进行化学修饰，以创建电荷分离状态，该状态利用由于调谐到光的染料和光染料之间的同步现象而产生的电子扩散效应由于表面等离激元效应而产生的同步现象，构建一个光电转换系统。此外，我们还将开发一种多功能光电转换元件，可以利用分子同步现象来控制光电流的方向。今年的结果总结如下。 (1)分子同步现象的影响作为电解分离色素，合成了连接有钌络合物(D)和紫精(A)的色素。对D:A=1:0,1:1,1:2的体系以及D与A之间、A与电极之间不同距离的体系进行对比研究，光电转换效率为1:2>1 :1>1:0 顺序。研究还表明，虽然电极 A 和 A 之间的距离越短越好，但电极 D 和 A 之间存在最佳距离。 (2)金纳米颗粒-染料混合系统使用金纳米颗粒和钌络合物或卟啉构建混合光电转换器件。利用卟啉系统获得了数百nA的大光电流。此外，我们在国际上首次发现了基于金纳米颗粒表面等离子体的光电流增强效应。 (3)双向光电转换器件我们制造了含有两种染料的单分子膜，它们在阴极和阳极方向上发射光电流。在该器件中，在 500 nm 以下和 600 nm 以上发生相反方向的光电流。我们创造了一种可以通过波长进行切换的双向光电转换元件。

项目成果

Y.Niidome et al.: "Deposition of Thiol-Passivated Gold Nanoparticles onto Glass Plates by Pulsed 532-nm Laser Irradiation : Effects of Thiol"Studies in Surface Science and Catalysis. vol.132. 359-362 (2001)

Y.Niidome 等人：“通过脉冲 532 nm 激光照射将硫醇钝化金纳米粒子沉积到玻璃板上：硫醇的影响”表面科学和催化研究。

S.Yamada et al.: "Facile Fabrication of Photoelectrochemical Assemblies Consisting of Gold Nanoparticles and a Tris(2,2'-bipyridine)ruthenium(II)-Viologen Linked Thiol"Langmuir. vol.17. 5714-5716 (2001)

S.Yamada 等人：“由金纳米粒子和三(2,2-联吡啶)钌(II)-紫罗碱连接的硫醇组成的光电化学组件的简易制造”Langmuir。

山田淳: "自己組織化を活用した分子太陽電池"信学技報. vol.101 No.22. 37-41 (2001)

Jun Yamada：“利用自组装的分子太阳能电池”IEICE 技术报告第 101 卷第 37-41 号（2001 年）。

T.Akiyama et al.: "Novel Photoelectrochemical Cell using a Self-Assembled Monolayer of a Ruthenium(II) Tris(2, 2'-bipyridine) Thiol Derivative"Japanese Journal of Applied Physics. 41. 4737-4738 (2002)

T.Akiyama 等人：“使用钌(II) Tris(2, 2-联吡啶)硫醇衍生物自组装单层的新型光电化学电池”日本应用物理学杂志。

Y.Niidome et al.: "Laser-Induced Deposition of Gold Nanoparticles onto Glass Substrates in Cyclohexane"Nano Letters. vol.1 No.7. 365-369 (2001)

Y.Niidome 等人：“在环己烷中激光诱导金纳米粒子沉积到玻璃基板上”Nano Letters。