フラーレン増感光起電デバイス内の光電流変換過程の直設観測

• Project/Area Number: 17029008
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 伊藤 攻 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (30006332)
• Project Period (FY): 2005 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥3,800,000 (Direct Cost: ¥3,800,000); Fiscal Year 2006: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 2005: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
• Keywords: フラーレン / 光物性 / ナノチューブ・フラーレン

Research Abstract

本年度は、金属ポルフィリンの配位サイトを増やし、更なる高効率の電荷分離系を構築するため、亜鉛ポルフィリンにクラウンエーテルを導入し、フラーレンにはアンモニウム塩部位を導入する試みを行った。結果として、亜鉛ポルフィリンとフラーレン間の配位結合定数の増大と、電荷分離効率の向上が見られ、また、それに付随して、アンモニウム塩を有しないフラーレンが、クラウンエーテル付加された亜鉛ポルフィリンとの間で錯形成を行い、ポルフィリンの励起一重項からの光電荷分離する事が新規に確認できた。これまで、亜鉛ポルフィリンとフラーレン間にはπ-π相互作用による分子間結合が存在する可能性が示唆されてきたが、極性溶媒中ではこの分子間結合由来の高速電荷分離過程は確認されていなかった。本研究により、亜鉛ポルフィリンにクラウンエーテルを導入する事で、フラーレン間との分子間相互作用が増強され、励起一重項からの電荷分離が可能となることが明らかとなった。
また、電子ドナーとして単層カーボンナノチューブを利用する試みも行った。カーボンナノチューブは、紫外-可視領域から近赤外領域にいたるすべての波長領域を光吸収するため、もしカーボンナノチューブを光電荷分離プロセスに組み込む事が出来たなら、光捕集能力として完全な存在になると期待される。カーボンナノチューブはそれ自身ではいかなる溶媒へも可溶ではなく、今回、水溶性デンドリマーを利用して重水中へと分散させ、電子アクセプターとして水溶性フラーレン、電子ドナーとして水溶性アントラセン誘導体を利用して、光励起後のイオンラジカル生成を確認した。ピオロゲン共存下では、最終的にオロゲンカチオンラジカルの生成が確認され、このことからカーボンナノチューブの電荷分離プロセスへの寄与が判明した。

Research Products

• [Journal Article] Electron transfer switching in supramolecular porphyrin-fullerene conjugates held by alkylammonium cation-crown ether binding (2006)
  • Author(s): A.S.D.Sandanayaka.et al.
  • Journal Title: Chemical Communications (Cambridge, United Kingdom) 41 Pages: 4327-4329
• [Journal Article] Light-induced electron transfer on the single wall carbon nanotube surrounded in anthracene dendron in aqueous solution (2006)
  • Author(s): A.S.D.Sandanayaka.et al.
  • Journal Title: Chemistry Letters 35(10) Pages: 1188-1189
• [Journal Article] Photoinduced intermolecular electron transfer and energy transfer of C_<60> dendrimers (2006)
  • Author(s): Y.Araki.et al.
  • Journal Title: Comptes Rendus Chimie 9(7-8) Pages: 1014-1021
• [Journal Article] Formation, Spectral, Electrochemical, and Photochemical Behavior of Zinc N-Confused Porphyrin Coordinated to Imidazole Functionalized Fullerene Dyads (2006)
  • Author(s): F.D'Souza.et al.
  • Journal Title: Inorganic Chemistry 45(13) Pages: 5057-5065
• [Journal Article] Electronic Interplay on Illuminated Aqueous Carbon Nanohorn-Porphyrin Ensembles (2006)
  • Author(s): G.Pagona et al.
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry B 110(42) Pages: 25240-25250
• [Journal Article] Design and Studies on Supramolecular Ferrocene-Porphyrin-Fullerene Constructs for Generating Long-Lived Charge Separated States (2006)
  • Author(s): F.D'Souza et al.
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry B 110(50) Pages: 25240-25250
• [Journal Article] Syntheses of [60]fullerene and N, N-bis(4-biphenyl) aniline-tethered rotaxane : Photoinduced electron-transfer processes via singlet and triplet states of [60]fullerene (2005)
  • Author(s): A.S.D.Sandanayaka et al.
  • Journal Title: Bulletin of the Chemical Society of Japan 78・6 Pages: 1008-1017
• [Journal Article] Efficient Photoreduction Process of [Ru_3(μ_3-O)(μ-CH_3CO_2)_6L_3]^+ by Electron-Mediation via the Viologen Dication by Excitation of a Zinc Porphyrin (2005)
  • Author(s): Mitsunari Itou et al.
  • Journal Title: Inorganic Chemistry 44・23 Pages: 8581-8586
• [Journal Article] Synthesis and photoinduced intermolecular electronic acceptor ability of pyrazolo[60] fullerenes vs tetrathiafulvalene (2005)
  • Author(s): Juan Luis Delgado et al.
  • Journal Title: Bulletin of the Chemical Society of Japan 78・8 Pages: 1500-1507
• [Journal Article] Supramolecular porphyrin-fullerene via 'two-point' binding strategy : Axial-coordination and cation-crown ether complexation (2005)
  • Author(s): Francis D'Souza et al.
  • Journal Title: Chemical Communications 10 Pages: 1279-1281
• [Journal Article] Effect of axial ligation or p-p-type interactions on photochemical charge stabilization in "two-point" bound supramolecular porphyrin-fullerene conjugates (2005)
  • Author(s): Francis D'Souza et al.
  • Journal Title: Chemistry-A European Journal 11・15 Pages: 4416-4428
• [Journal Article] Photoinduced electron transfer in supramolecular systems of fullerenes functionalized with ligands capable of to zinc porphyrins and zinc phthalocyanines (2005)
  • Author(s): Francis D'Souza et al.
  • Journal Title: Coordination Chemistry Reviews 249・13-14 Pages: 1410-1422