自己集合性光機能分子による電極修飾とその光電変換特性

自组装光功能分子电极修饰及其光电转换性能

• 批准号: 11118247
• 负责人: 今堀 博
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11118247/
• 关键词: フラーレン; ポルフィリン; 人工光合成; 光誘起電子移動; 自己組織化単分子膜; 光電変換素子

光合成が超分子構造を有して光により効率よく電荷分離を行うシステムであることに着目し、人工光合成素子を電極上に分子レベルで集合化・機能発現させることを試みた。具体的には自己組織化単分子膜法を用いて、ポルフィリンおよびフラーレンを金基板上に集合化させ、その膜構造と光電気化学特性の相関を検討した。まずポルフィリンと金電極間のスペーサー部分の長さを種々変化させた修飾金電極を作製した。その結果、スペーサー長が十分に長いと高配向・高密度膜が形成されること、ならびにスペーサーのメチレン鎖数に関して偶奇依存性があることがわかった。また修飾金電極を用いて光電気化学セルを構築し、量子収率を系統的に決定したところ、スペーサーの長さが増加するにつれ量子収率は増加し極大値に達した後徐々に減少することがわかった。このことから量子収率の最適化には適切な長さのスペーサーが必要で明らかとなった。以上を踏まえて、十分な長さのメチレン鎖長を持つC_<60>の自己組織化単分子膜を作製し、光電気化学特性を検討した。その結果、量子収率は7-10%程度とポルフィリン系に比べて1-2桁改善された。このことはC_<60>が優れた電子移動特性を持っていることを示唆している。さらにフェロセン-ポルフィリン-C_<60>から構成される光合成型光電池を自己組織化単分子膜法を用いて同様に構築した。その量子収率はフリーベースポルフィリン系で25%、亜鉛ポルフィリン系で20%と、今までに報告されている金属電極上の単分子膜で光合成型の多段階電子移動をまねたものの中で最高値となった。以上のことから、自己組織化単分子膜法、多段階電子移動、小さな再配向エネルギーを持つフラーレンの利用が人工光合成を構築するにあたり極めて有効であることが明らかになった。

关注光合作用是具有超分子结构并使用光有效分离电荷的系统的事实，我们试图在分子水平的电极上组装并表达人工光合作用设备的功能。具体而言，使用自组装的单层方法将卟啉和富勒烯组装在金底物上，并研究了它们的膜结构与光电化学性能之间的相关性。首先，制造了修改的金电极，其中卟啉和金电极之间的间隔部分的长度以各种方式更改。结果，发现如果间隔长度足够长，将形成高取向的高密度膜，并且对垫片的甲基链数的数量存在均匀的依赖性。此外，使用修饰的金电极构建光电化学细胞，并系统地确定量子产率，发现随着间隔长度的增加，量子产率增加，并在达到最大值后逐渐减小。这表明需要适当的间隔时间来优化量子收率。基于上述，制备了具有足够长的亚甲基链长度的C_ <60>的自组装单层，并检查了光电化学性能。结果，量子产率约为7-10％，与卟啉系统相比，数量级提高了。这表明C_ <60>具有出色的电子传输特性。此外，使用自组装的单层方法同样构建了由二兴-Porphyrin-C_ <60>制成的光合作用光电。自由碱卟啉系统的量子产率为25％，锌卟啉系统为20％，这是先前报道的金属电极单层中最高的值，该单层模仿了光合作用的多步电子传递。从上面可以揭示出自组装的单层方法，多阶段电子传递以及使用具有较小重新定向能量的富勒烯在构建人造光合作用方面非常有效。

项目成果

Hiroshi Imahori: "Synthesis and Photoelectrochemical Properties of a Self-Assembled Monolayer of a Ferrocene-Porphyrin-Fullerene Triad on a Gold Electrode"Hiroshi Imahori. 1999. 1165-1166 (1999)

Hiroshi Imahori：“金电极上二茂铁-卟啉-富勒烯三元组自组装单层的合成和光电化学性能”Hiroshi Imahori。

Hiroshi Imahori: "Vectorial Multistep Electron Transfer at the Gold Electrodes Modified with Self-Assembled Monolayers of Ferrocene-Porphyrin-Fullerene Triads"J. Phys. Chem. A, in press.

Hiroshi Imahori：“二茂铁-卟啉-富勒烯三元组自组装单分子层修饰的金电极上的矢量多步电子转移”J。

Hiroshi Imahori: "An Investigation of Photocurrent Generation by Gold Electrodes Modified with Self-Assembled Monolayers of C_<60>"J. Phys. Chem. B. 103. 7233-7237 (1999)

Hiroshi Imahori：“用 C_<60> 自组装单分子层修饰的金电极产生光电流的研究”J。

Hiroshi Imahori: "Photoinduced Electron Transfer at the Gold Electrode Modified with a Self-Assembled Monolayer of Fullerene"Chem. Commun.. 1999. 557-558 (1999)

Hiroshi Imahori：“用自组装富勒烯单层修饰的金电极处的光致电子转移”Chem。

Hiroshi Imahori: "Fullerenes as Novel Acceptors in Photosynthetic Electron Transfer"Eur. J. Org. Chem.. 1999. 2445-2457 (1999)

Hiroshi Imahori：“富勒烯作为光合电子转移中的新型受体”Eur。