機能性分子修飾ナノ微粒子の合成と光物性

功能分子修饰纳米粒子的合成及光学性质

• 批准号: 18033025
• 负责人: 今堀 博
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18033025/
• 关键词: ポルフィリン; 半導体ナノ微粒子; 太陽電池; エネルギー移動; 光捕集; 消光; 電子移動; フラーレン; シリカ微粒子; 色素増感太陽電池; バルクへテロ接合太陽電池; 泳動電着; 複合クラスター; 半導体電極

近年、太陽エネルギーの有効活用が注目を集めており、高効率有機太陽電池の開発に向けた研究が盛んに行われている。我々は、金ナノ微粒子を土台としてポルフィリンとフラーレンを三次元的にクラスター化させ、そのクラスターをさらに酸化物半導体電極上に組織化させることに成功している。そしてその修飾電極を用いて、色素増感太陽電池とバルクヘテロ接合太陽電池の両特性を併せ持った新規な有機太陽電池の開発に成功している。しかしながら、金ナノ微粒子はポルフィリンの励起状態を失活すること、および高価であることを考慮すると、安価な微粒子上にポルフィリンを組織化することが望まれる。そこで、我々はポルフィリン組織化の土台として、光捕集効果も期待できる半導体微粒子に着目し、ポルフィリンを半導体微粒子上に3次元的に組織化し、さらにフラーレンと共に酸化物半導体電極上に集積化することで、光電変換系を構築することを目指した。ポルフィリンアルカンチオールをCdSeナノ微粒子上に組織化したポルフィリン修飾CdSeナノ微粒子を合成した。合成はヘキサデシルアミンとチオフェノールで被覆されたCdSeナノ微粒子をまず合成し、このアルキルアミンをポルフィリンアルカンチオールと交換することで作製した。ポルフィリン修飾CdSeナノ微粒子ではCdSeにより捕集された光エネルギーはエネルギー移動によりポルフィリンに移動する。このエネルギー効率はCdSeナノ微粒子上のポルフィリン数を増加させると上昇し、ポルフィリン数21個では100%の効率で起こることがわかった。ポルフィリンも光捕集を行うので、両発色団とも紫外・可視光を効率よく捕集できることになる。また、生成したポルフィリンの励起1重項状態はCdSeナノ微粒子によって消光されないこともわかった。従って、適切なアクセプター分子と組み合わせることで光電変換系に展開できることがわかった。

近年来，太阳能的有效利用引起了人们的关注，并且已经积极开展了高效有机太阳能电池的开发研究。我们成功地使用金纳米颗粒作为基底，对卟啉和富勒烯进行三维聚类，然后将这些簇组织在氧化物半导体电极上。利用这种修饰电极，他们成功开发了一种新型有机太阳能电池，该电池兼具染料敏化太阳能电池和本体异质结太阳能电池的特性。然而，考虑到金纳米颗粒会使卟啉的激发态失活并且价格昂贵，因此希望将卟啉组织在廉价的微粒上。因此，我们着眼于可期待具有捕光效果的半导体颗粒作为卟啉组织的基础，将卟啉在半导体颗粒上进行三维组织，然后将其与富勒烯一起集成在氧化物半导体电极上。构建光电转换系统。通过将卟啉烷硫醇组织到 CdSe 纳米颗粒上，合成了卟啉修饰的 CdSe 纳米颗粒。该合成首先合成了十六胺和苯硫酚包覆的CdSe纳米粒子，然后用卟啉烷硫醇代替烷基胺。在卟啉修饰的 CdSe 纳米颗粒中，CdSe 收集的光能通过能量转移转移到卟啉上。研究发现，这种能量效率随着 CdSe 纳米颗粒上卟啉数量的增加而增加，并且当卟啉数量为 21 时，效率达到 100%。由于卟啉也收集光，因此两种发色团都可以有效地收集紫外线和可见光。还发现生成的卟啉的激发单线态没有被 CdSe 纳米粒子猝灭。因此，人们发现，通过与适当的受体分子结合，可以将其开发成光电转换系统。

项目成果

ナノカーボンハンドブック

纳米碳手册

• 发表时间: 2007
• 作者: 宮澤薫一;他多数共著
• 通讯作者: 他多数共著

Dendritic Effects on Structure and Photophysical and Photoelectrochemical Properties of Fullerene Dendrimers and Their Nanoclusters

• DOI: 10.1021/jp066730w
• 发表时间: 2007-01
• 期刊: Journal of Physical Chemistry C
• 影响因子: 3.7
• 作者: Kohei Hosomizu;H. Imahori;U. Hahn;J. Nierengarten;A. Listorti;N. Armaroli;T. Nemoto;S. Isoda

Light-Harvesting and Energy Transfer in Multiporphyrin-Modified CdSe Nanoparticles

多卟啉修饰的 CdSe 纳米粒子的光捕获和能量转移

• 发表时间: 2008
• 期刊: ChemSusChem 1
• 作者: Soonchul Kang;Masakazu Yasuda;Hiroshi Miyasaka;Hironobu Hayashi;Mitsuo;Kawasaki;Tomokazu Umeyama;Yoshihiro Matano;Kaname Yoshida;Seiji Isoda;Hiroshi Imahori
• 通讯作者: Hiroshi Imahori

Structure and photoelectrochemical properties of nanostructured SnO2 electrodes deposited electrophoretically with the composite clusters of porphyrin-modified gold nanoparticle with a long spacer and fullerene

• DOI: 10.1016/j.tet.2005.05.109
• 发表时间: 2006-02
• 期刊: Tetrahedron
• 影响因子: 2.1
• 作者: H. Imahori;A. Fujimoto;Soonchul Kang;H. Hotta;Kaname Yoshida;T. Umeyama;Y. Matano;S. Isoda

Creation of fullerene-based artificial photosynthetic systems

• DOI: 10.1246/bcsj.80.621
• 发表时间: 2007-04-15
• 期刊: BULLETIN OF THE CHEMICAL SOCIETY OF JAPAN
• 影响因子: 4
• 作者: Imahori, Hiroshi