新しい光電荷分離メカニズムによる人工光合成モデルの実現

利用新型光电荷分离机制实现人工光合作用模型

基本信息

批准号：
12875163
负责人：
伊藤攻
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究ではフラーレンをアクセプターとして用いることにより、人工光合成モデルを合成し、長寿命電荷分離状態の実現を目指している。平成13年度においては以下の点について検討を行った。1.分子ワイヤーで結ばれたドナーアクセプター3元系の光電荷分離過程ポルフィリン・オリゴチオフェン・フラーレン連結分子では、ポルフィリンがドナーとなり、オリゴチオフェンが分子ワイヤーとなった。ポルフィリンをフェムト秒レーザーで励起することにより、ポルフィリンラジカルカチオンとフラーレンのラジカルアニオンを生じた後に、ホールシフトによりオリゴチオフェンのラジカルカチオンが生成することを見出した。これは、オリゴチオフェンが分子ワイヤーとして機能していることを示唆した。最終電荷分離状態の寿命はマイクロ秒オーダーであることを見出した。さらに、分子ワイヤーとしてオリゴチエニレンエチニレン等を検討することにより、超高速電荷分離を見出した。2.温度効果の検討。ポルフィリン・オリゴチオフェン・フラーレン連結分子の電荷分離速度の温度変化を測定することにより、電荷分離の活性化エネルギーを導出した。さらに、活性化エネルギーのオリゴチオフェン鎖長依存性を求めたところ、鎖長の増大とともに活性化エネルギーの増大が確認された。これは溶媒再配向エネルギーの増大に起因していることが示唆された。3.半導体微粒子との電荷移動フラーレンにカルボニル基を導入することにより、二酸化チタン微結晶表面にフラーレン誘導体を結合させることを可能にした。二酸化チタン表面のフラーレンを可視光励起すると溶液中のドナーから電子を受け取り、その電荷を二酸化チタンに与えることを実験的に明らかにした。これは、新たなる光起電デバイスの動作原理を与えるものである。

在这项研究中，我们的目标是合成人工光合作用模型，并通过使用富勒烯作为受体来实现长寿命的电荷分离状态。 2001年度，考虑了以下几点。 1.分子线连接的供体-受体三元体系中的光电荷分离过程在卟啉-低聚噻吩-富勒烯连接分子中，卟啉成为供体，低聚噻吩成为分子线。我们发现，用飞秒激光激发卟啉，会产生卟啉自由基阳离子和富勒烯自由基阴离子，然后通过空穴位移产生低聚噻吩自由基阳离子。这表明低聚噻吩起到分子线的作用。我们发现最终电荷分离状态的寿命约为微秒。此外，通过研究低聚噻吩乙炔等作为分子线，我们发现了超快的电荷分离。 2. 温度影响的检验。通过测量卟啉-低聚噻吩-富勒烯连接分子的电荷分离速率的温度变化来导出电荷分离的活化能。此外，当确定活化能对低聚噻吩链长的依赖性时，证实活化能随着链长的增加而增加。有人认为这是由于溶剂重新取向能量的增加。 3.与半导体颗粒的电荷转移通过将羰基引入富勒烯中，可以将富勒烯衍生物键合至二氧化钛微晶的表面。实验表明，当二氧化钛表面的富勒烯被可见光激发时，它会从溶液中的供体接收电子并将电荷传递给二氧化钛。这为光伏器件提供了新的工作原理。