人工光合成デバイスを目指したドナー・フラーレン結合分子系の設計と評価

人工光合作用装置的供体-富勒烯键合分子系统的设计和评估

基本信息

批准号：
14050014
负责人：
伊藤攻
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Tohoku 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 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

フラーレン誘導体(カルボン酸置換フラーレン)を二酸化チタンへ吸着固定化による)光増感サイクルの実現し、長寿命電荷分離状態を実現する分子系の開発を行った。具体的には以下のような研究を行った。フラーレンにカルボニル基を合成により導入し、二酸化チタン上に水素結合により固定化することに成功した。固定されたカルボン酸置換フラーレンを光励起し、溶液中のドナーと電子移動を起こさせ、生じた電子を二酸化チタンへ伝達させることが出来、新たな光増感型の電子移動サイクルを実現した。この反応過程は定常光照射実験ならびにナノ秒およびピコ秒のレーザーフラッシュホトリシス等の種々の高速反応測定法によりラジカルイオン種を直接観測して解析した。得られた速度論的データをもとに反応の最適化をおこなった。また、カルボン酸置換フラーレンを固定した二酸化チタンを透明電極に塗布し、光起電デバイスへの応用が実現した。ドナ・フラーレン結合分子系の合成および電荷分離再結合過程の評価を行った。マイクロ秒オーダーの電荷分離寿命を達成し、それには励起三重項状態の寄与が不可欠であることが判明した。さらにドナー部にカロテン系の大きなパイ共役系を用いて、再配向エネルギーが低下するため、更なる長寿命化を実現した。このように合成したドナー・フラーレン結合分子で生じた電荷を二酸化チタン上へと導入して、光起電デバイスへの応用を図った。

我们实现了光敏化循环（通过在二氧化钛上吸附和固定富勒烯衍生物（羧酸取代的富勒烯））并开发了一种可实现长寿命电荷分离状态的分子系统。具体来说，我们进行了以下研究。我们成功地将羰基引入富勒烯中，并通过氢键将其固定在二氧化钛上。固定的羧酸取代富勒烯被光激发，与溶液中的供体发生电子转移，产生的电子转移到二氧化钛上，实现了新的光敏电子转移循环。利用恒定光照射实验、纳秒和皮秒激光闪光光解等各种快速反应测量方法，通过直接观察自由基离子种类来分析该反应过程。根据获得的动力学数据优化反应。此外，将固定有羧酸取代的富勒烯的二氧化钛涂覆在透明电极上，实现了在光伏器件中的应用。我们合成了多纳-富勒烯键合分子系统并评估了电荷分离和重组过程。实现了微秒量级的电荷分离寿命，并且发现激发三重态的贡献对此至关重要。此外，通过在供体区域使用基于胡萝卜素的大型π共轭系统，可以降低重新取向能量，从而延长寿命。以这种方式合成的供体-富勒烯键分子产生的电荷被引入到二氧化钛上，目的是将它们应用于光伏器件。