光エネルギー変換機能型セルロース超薄膜の創製

具有光能转换功能的超薄纤维素薄膜的制作

基本信息

批准号：
07J05739
负责人：
榊原圭太
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

セルロースの高機能性材料しての利用には高次構造の制御が重要であり、Langmuir-Blodgett(LB)法はそれを可能とする有望な方法である。本研究は、自己組織性と光誘起電子移動機能を期待して分子設計された高位置選択的置換セルロース誘導体からLB法により三次元ナノ超分子体を構築し、それらの電気的・光電気化学的性質を精査することにより、光電変換機能材料としての利用の可能性を検討したものである。前年度において、新規なセルロース誘導体、6-0-ポルフィリン-2,3-ジ-0-ステアロイルセルロースの優れた光電変換特性を見出している。本年度は更なる機能向上化を目的として、以下の成果を得た。(1)ポルフィリン環中心金属と光電流特性の関係について精査することで、光電流量子収率を約6倍向上させることに成功した。これはポルフィリン基の酸化電位及び水面上での単分子膜の安定性が量子収率に対して大きな影響を与えることを見出した。しかし、多層膜構造の外部量子収率が一層とほぼ同等であり、電子ホッピング機構を回避するLB多層膜の構築という新たな課題が生じた。そこで、(2)ポルフィリンセルロースとフラーレン(C60)を混合することで、一層あたりの量子収率を約4倍向上させるとともに、LB多層膜においても高い外部量子収率を実現した。これらの結果から、C60分子が電荷分離を促進するのみなちず、層間の電子キャリアとして電子移動を仲介する機能を見出した。セルロースを基盤とした光電変換素子は合成高分子で得られる特性値に匹敵ないしは凌駕したものである。今後、高機能化セルロース誘導体の特徴を活かした光エネルギー変換材料の開発に期待がもたれる。

高阶结构的控制对于纤维素作为高功能材料的使用非常重要，而 Langmuir-Blodgett (LB) 方法是一种有前途的方法，使这成为可能。在这项研究中，我们利用LB方法从高度区域选择性取代的纤维素衍生物中构建了三维纳米超分子体，这些衍生物是根据自组装和光诱导电子转移功能进行分子设计的，并通过检查其电学和光电化学性质来研究它们。物理性质，我们研究了其作为光电转换功能材料的可能性。去年，我们发现了一种新型纤维素衍生物6-0-卟啉-2,3-二-0-硬脂酰纤维素具有优异的光电转换性能。今年，我们为了进一步改进功能，取得了以下成果。 (1)通过仔细研究卟啉环中心金属与光电流特性之间的关系，我们成功地将光电流量子产率提高了约6倍。研究发现卟啉基团的氧化电位和水表面单分子层的稳定性对量子产率有很大影响。然而，多层膜结构的外量子产率与单层几乎相同，并且出现了新的挑战：构建避免电子跳跃机制的LB多层膜。因此，（2）通过混合卟啉纤维素和富勒烯（C60），我们将每层的量子产率提高了约4倍，并在LB多层膜中实现了高外量子产率。从这些结果中，我们发现C60分子不仅促进电荷分离，而且还充当层间电子载体来介导电子转移。基于纤维素的光电转换元件具有与用合成聚合物获得的光电转换元件相当或更好的特性。未来，人们对利用高功能化纤维素衍生物特性的光能转换材料的开发寄予厚望。