Introduction of Functional pi-Electron Systems on Silicon Nanosheets and Applications as Organic Semi-Conducting Materials

• Project/Area Number: 16K14066
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Organic and hybrid materials
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: Ohshita Joji 広島大学, 工学研究科, 教授 (90201376)
• Research Collaborator: Nakano Hideyuki
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2018: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2017: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2016: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 有機無機ハイブリッド材料 / ナノ材料

Outline of Final Research Achievements

Reactions of Si-H bonds of layered silicon with functional organic dyes having a primary amine group as the reactive site resulted in the formation of dye-modified silicon nanosheets. Properties and electronic states of the silicon nanosheets were investigated and their photocurrent generation and transistor activity were examind. These data were analyzed with the help of theoretical calculations, indicating potential applications of the nanosheets as optoelectronic device materials. Reactions of acetylene-containing dyes with layered silicon in the presence of a platinum catalyst were also investigated as a new synthetic route to dye-modified silicon nanosheets.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

有機－無機ハイブリッド材料は、有機の多様性、無機の安定性などの機能を同時に発現するものとして興味がもたれており、様々な分野での機能展開がなされている。一方、最近、層状シリコンのSi－H結合を有機化することで、安定で有機溶媒に可溶なSi二次元構造を持つ有機化シリコンナノシートの合成が報告され、注目を集めている。しかし、有機基としては、単純なアルキル基やフェニル基が採用されており、機能性の有機色素を導入は研究されてこなかった。本研究は、様々な有機π電子系をナノシート上に導入する手法を確立するとともに、その有機光電子デバイス材料としての可能性を示したものである。

Research Products

• [Journal Article] Preparation and Photocurrent Generation of Silicon Nanosheets with Aromatic Substituents on the Surface (2016)
  • Author(s): J. Ohshita, K. Yamamoto, D. Tanaka, M. Nakashima, Y. Kunugi, M. Ohashi, H. Nakano
  • Journal Title: J. Phys. Chem. C Volume: 120 Issue: 20 Pages: 10991-10996
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b03014
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 高周期14族元素による電子状態・物性制御を利用した新規ポリマー材料の創出 (2018)
  • Author(s): 大下浄治
  • Organizer: 第67回高分子学会年次大会
  • Invited
• [Presentation] アルケニル基およびアルキニル基で置換した新規シリコンナノシートの合成と特性評価 (2018)
  • Author(s): 松澤佑樹、田中友揮、安達洋平、大下浄治、大橋雅卓、中野秀之
  • Organizer: 第67回高分子学会年次大会
• [Presentation] Synthesis and optical properties of new silicon nanosheets with alkenyl and alkynyl substituents (2018)
  • Author(s): Yuki Matsuzawa, Yuki Tanaka, Yohei Adachi, Joji Ohshita, Masataka Ohashi, Hideyuki Nakano
  • Organizer: The 12th SPSJ International Polymer Conference (IPC2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Si・Geの電子的な特徴を生かした機能材料へのアプローチ (2018)
  • Author(s): 大下浄治
  • Organizer: 第10回無機高分子研究会
  • Invited
• [Presentation] アルケニル基およびアルキニル基で置換した新規シリコンナノシートの合成と特性評価 (2018)
  • Author(s): 松澤佑樹、田中友揮、安達洋平、大下浄治、大橋雅卓、中野秀之
  • Organizer: 第67回高分子年次大会
• [Presentation] 電子受容性基を導入した新規シリコンナノシートの合成と特性評価 (2017)
  • Author(s): 田中友揮、大下 浄治、大橋 雅卓、中野 秀之
  • Organizer: 第66回高分子討論会
• [Presentation] 種々の有機基を修飾した新規シリコンナノシートの合成と特性評価 (2016)
  • Author(s): 田中友揮、山本一陽、中島真実、大下浄治、大橋雅卓、中野秀之
  • Organizer: 第35回無機高分子研究討論会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2016-11-17
• [Remarks]
  • URL: https://home.hiroshima-u.ac.jp/orgmtrls/Ohshita_Group/Ohshita_Group-Home.html
• [Remarks] 有機材料化学研究室 論文
  • URL: http://home.hiroshima-u.ac.jp/orgmtrls/Ohshita_Group/Publications.html
• [Remarks] 広島大学大学院工学研究科有機材料化学研究室
  • URL: http://home.hiroshima-u.ac.jp/orgmtrls/Ohshita_Group/Research.html