超分子型フラーレン/グラフェンナノハイブリッドの創製とその光電子機能応用

超分子富勒烯/石墨烯纳米杂化物的制备及其光电功能应用

基本信息

批准号：
10F00205
负责人：
中西尚志
金额：
$ 1.22万
依托单位：
National Institute for Materials Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題では、長鎖アルキル基を導入したフラーレン誘導体とナノカーボン材料とのハイブリッド材料の創製および光電変換素子開発に関して主に取り組んだ。フラーレンのカウンターパートとなるナノカーボン材料には、単層カーボンナノチューブやグラフェンを採用した。ナノカーボンを素材とする理由は、様々な有用な光・電子機能性物質でありながら、有機と無機の機能性を両方保持しており、軽量、機械的強度に優れている、化学安定性が比較的高いなど、次世代の有機エレクトロニクスまたはプリンタブルテクノロジーへ対応できる素材開発の可能性を秘めているからである。研究代表者はこれまでに、フラーレンに長鎖アルキル基を導入し、フラーレン間とアルキル鎖間の相互作用を巧みに制御することで様々な形状、形態のフラーレン自己組織化構造材料を創製してきた。その中で、このフラーレン誘導体がグラファイト(高配向焼結グラファイト)の表面格子上に高い親和性を示すことを見出していた。この結果を基に、研究分担者と共にグラファイトに表面に代えて、同じ炭素二次元骨格を持つカーボンナノチューブやグラフェンを素材として、フラーレン誘導体との相互作用を利用したナノカーボンハイブリッド材料の創製に取り組むこととした。具体的には、三つの系に取り組んだ。1)フラーレン/カーボンナノチューブ複合体組織構造を利用したカーボンナノチューブNIR発熱効果の温度指示体の創製、2)フラーレン/カーボンナノチューブ複合体組織膜による光電変換素子開発およびFETナノデバイス評価、3)フラーレン/グラフェン複合体組織膜による光電変換素子開発。特に2)は論文として発表するに至り、3)に関しては、全ての実験は終了し、現在論文執筆中である。いずれの系においても、良好な光応答性の光電変換素子となっており、ハイブリッド材料創製および電極上固定化の最適化実験が期待通り性能発現に寄与したこと分かった。光電流発光効率を比較すると、フラーレン誘導体のみを基準にカーボンナノチューブ系で約160倍、グラフェン系で約260倍の増加を達成することに成功した。IPCEとしては、カーボンナノチューブ系で約5%、グラフェン系でさらに電子ドナー性のP3HT混合で約15%まで向上させることに成功した。したがって、本研究結果より、光電変換素子開発むけたナノカーボンハイブリッド材料の有用性を十分に示すことができたと考えている。

在本研究项目中，我们主要致力于长链烷基富勒烯衍生物与纳米碳材料的杂化材料的创建以及光电转换元件的开发。单壁碳纳米管和石墨烯被用作纳米碳材料，充当富勒烯的对应物。之所以采用纳米碳作为材料，是因为它虽然是多种有用的光学和电子功能物质，但同时保留了有机和无机功能，并且重量轻，具有优异的机械强度，并且化学性质稳定。相对昂贵，并且有潜力开发可用于下一代有机电子或可印刷技术的材料。目前，主要研究者通过在富勒烯中引入长链烷基并巧妙地控制富勒烯与烷基链之间的相互作用，创造出了各种形状和形态的富勒烯自组装结构材料。其中，他们发现这种富勒烯衍生物对石墨（高取向烧结石墨）的表面晶格表现出高亲和力。基于这一结果，我将与我的研究合作者合作，利用具有相同二维碳骨架的碳纳米管和石墨烯作为材料，利用与富勒烯衍生物的相互作用而不是表面上的石墨来创建纳米碳杂化材料。所以。具体来说，我们研究了三个系统。 1) 利用富勒烯/碳纳米管复合结构利用碳纳米管近红外放热效应制作温度指示器，2) 利用富勒烯/碳纳米管复合膜开发光电转换元件和FET纳米器件评价，3) 富勒烯/碳纳米管复合结构光电开发采用石墨烯复合组织膜的转换装置。特别是，2）已经作为论文发表，对于3），所有实验已经完成，目前正在撰写论文。在这两个系统中，光电转换元件都具有良好的光响应性，并且发现混合材料的创建和固定在电极上的优化实验有助于实现预期的性能发展。比较光电流发射效率，我们成功地实现了碳纳米管系统中约160倍的光电流发射效率的提高，以及仅基于富勒烯衍生物的石墨烯系统中约260倍的光电流发射效率的提高。在IPCE方面，通过混合具有电子供体特性的P3HT，我们成功地将碳纳米管体系的IPCE提高了约5%，将石墨烯体系的IPCE提高了约15%。因此，我们相信这项研究的结果充分证明了纳米碳杂化材料对于开发光电转换元件的有用性。

项目成果

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专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Superstructures and superhydrophobic property in hierarchical organized architectures of fullerenes bearing long alkyl tails

带有长烷基尾的富勒烯分层组织结构的超结构和超疏水性

DOI：
10.1039/b916612b
发表时间：
2010-02-01
期刊：
Journal of Materials Chemistry
影响因子：
0
作者：
T. Nakanishi;Yanfei Shen;Jiaobing Wang;Hongguang Li;P. Fern;es;es;Kaname Yoshida;S. Yagai;M. Takeuchi;K. Ariga;D. Kurth;H. Möhwald
通讯作者：
H. Möhwald

Self-organized Alkylated-Fullerene as Reusable Template and Temperature Indicator

自组织烷基化富勒烯作为可重复使用的模板和温度指示剂