光触媒によるDNA/ポリアニリン強相関ソフトマテリアルの構築とナノデバイス化

利用光催化剂构建DNA/聚苯胺强相关软材料和纳米器件

• 批准号: 14045207
• 负责人: 小林 範久
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: Chiba 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: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14045207/
• 关键词: DNA; ポリアニリン; 電荷輸送性; 光電機能材料; ナノデバイス; 有機EL素子

Ru(bpy)_3^<2+>を用いたアニリン誘導体の光重合をDNAテンプレート共存下行うことで、Ru(bpy)_3^<2+>を含みDNAの高次構造を反映したポリアニリン(PAn)/DNA高次複合体の生成や、それを用いた高輝度なRu錯体発光型EL素子の試作に成功した。このEL素子の動作機構を明らかにするため、複合体の電荷輸送特性を検討したところ、PAnを含まないDNA/Ru(bpy)_3^<2+>錯体においても高い電荷輸送特性が得られることが明らかとなった。本概要ではDNA/Ru(bpy)_3^<2+>高次複合体の構造とそれを用いたEL素子の動作機構について総括する。DNAとRu(bpy)_3^<2+>の相互作用を解析するため、DNA水溶液、ならびにこの溶液にRu(bpy)_3^<2+>を加えた溶液の吸光度を温度を変化させて測定した。温度の上昇に伴い、270nm付近の吸光度の上昇が確認された。DNA自体の変性温度は約67℃であったが、Ru(bpy)_3^<2+>を加えた溶液では約74℃と、Ru(bpy)_3^<2+>を添加したことにより変性温度が約7℃上昇した。Ru(bpy)_3^<2+>の配位子(2,2'-ビピリジル基)がDNA塩基対間にインターカレートし、DNA二重らせんが熱的に安定されたためと考えられる。PAnを含まないDNA/Ru(bpy)_3^<2+>複合体においても高い電荷輸送特性が得られたため、DNA/Ru(bpy)_3^<2+>複合膜における電流・電圧特性を測定した。印加電圧3V以上で電流値の急激な上昇が認められ、これを反映して3V付近から赤色の発光が観察された.15Vにおいて最大発光輝度49.7cd/m^2が得られた。この素子の発光挙動を解析する目的でセル作製直後の発光挙動をセルに0-10Vの矩形波を与えて評価した。Alq/TPD系デバイスに比べ電圧印加時の立ち上がりが鈍く、電気化学挙動の寄与も考えられるが、電圧印加サイクルによって発光強度が変化しないこと、また、70msec以下で定常強度に達することから、従来の電気化学挙動で本セルの発光過程を説明することは困難である。むしろ、応答の遅い成分はDNAと相互作用していないRu(bpy)_3^<2+>に起因することが考えられる。これらの結果を総括すると、DNAを母体とする複合体の構造的ならびに電子的特長がホール、電子の高速移動を可能にし、両電荷がRu(bpy)_3^<2+>において再結合することでEL発光が誘起されたと結論づけられ、高次複合体が魅力的な材料であることが明らかとなった。

通过在DNA模板共存下使用Ru(bpy)_3^<2+>对苯胺衍生物进行光聚合，得到含有Ru(bpy)_3^<2+>并反映DNA高阶结构的聚苯胺(PAn)/DNA高阶络合物以及使用它的高亮度Ru络合物发射EL器件的原型生产。为了阐明该EL器件的工作机制，我们研究了该复合物的电荷传输特性，发现即使在不含有潘变得清楚了。本概述总结了DNA/Ru(bpy)_3^<2+>高阶配合物的结构以及使用它的EL器件的操作机制。为了分析 DNA 和 Ru(bpy)_3^<2+> 之间的相互作用，我们测量了 DNA 水溶液和通过改变在该溶液中添加 Ru(bpy)_3^<2+> 的溶液的吸光度。温度做到了。随着温度升高，270 nm 附近的吸光度增加。 DNA本身的变性温度约为67℃，但在含有Ru(bpy)_3^<2+>的溶液中，变性温度约为74℃，由于Ru(bpy)的添加，变性温度约为74℃ _3^<2+> 温度上升约7°C。这被认为是由于Ru(bpy)_3^2+配体(2，2'-联吡啶基团)插入DNA碱基对之间并热稳定DNA双螺旋。由于即使在不含PAn的DNA/Ru(bpy)_3^<2+>复合物中也能获得高电荷传输特性，因此我们测量了DNA/Ru(bpy)_3^<2+>中的电流和电压特性复合膜做到了。当施加电压为3V或更高时，观察到电流值快速增加，并且从3V附近观察到红光发射反映了这一点。在15V时获得了49.7cd/m^2的最大亮度。为了分析该器件的发光行为，通过向电池施加0-10V方波来评估电池制造后立即的发光行为。与Alq/TPD器件相比，施加电压时的上升时间较慢，尽管电化学行为可能是一个影响因素，但发射强度不会根据电压施加周期而变化，并且在70毫秒或70毫秒内达到稳定强度较少，因此与传统电池相比，很难用电化学行为来解释这种电池的发光过程。相反，认为响应缓慢的成分是由于不与DNA相互作用的Ru(bpy)_3^<2+>造成的。总结这些结果，基于DNA的复合物的结构和电子特征使得空穴和电子能够高速移动，并且两种电荷在Ru(bpy)_3^<2+>中重组，得出诱导EL发射的结论。在纳米粒子中，表明高阶复合材料是有吸引力的材料。

项目成果

N.Kobayashi et al.: "Structure of DNA-Ru (bpy)_3^<2+> Complex and Its Application to Orange Color Electroluminescence Device"Electrochemistry. in press.

N.Kobayashi等人：“DNA-Ru(bpy)_3^<2>复合物的结构及其在橙色电致发光器件中的应用”电化学。

小林範久: "導電性高分子を用いた新規イメージング"高分子. 51. 84 (2002)

Norihisa Kobayashi：“使用导电聚合物的新型成像”Polymer 51. 84 (2002)。

小林範久: "DNAの光電機能化と有機EL素子への展開"M&E. 31. 208-211 (2003)

Norihisa Kobayashi：“DNA 的光电功能化及其在有机 EL 器件中的应用”M&E 31. 208-211 (2003)。

小林範久(分担): "化学便覧 応用化学編 第6版"日本化学会編、丸善出版. 1746 (2003)

小林纪久（撰稿人）：《化学手册应用化学版第6版》，日本化学会编，丸善出版社1746年（2003年）。

N.Kobayashi et al.: "Synthesis of Polyacetylenes Having Pendant Carbazole Groups and Their Photo-and Electroluminescence Properties"Macromolecules. in press.

N.Kobayashi 等人：“具有侧挂咔唑基团的聚乙炔的合成及其光致发光和电致发光特性”大分子。