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量子化学計算と核磁気共鳴による有機光電変換系の電子状態解析

Research Project

Project/Area Number 19029025
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

梶 弘典  Kyoto University, 化学研究所, 准教授 (30263148)

Project Period (FY) 2007
Project Status Completed (Fiscal Year 2007)
Budget Amount *help
¥1,600,000 (Direct Cost: ¥1,600,000)
Fiscal Year 2007: ¥1,600,000 (Direct Cost: ¥1,600,000)
Keywords量子化学計算 / 核磁気共鳴 / 有機EL / 有機太陽電池 / 分子性固体
Research Abstract

有機光電変換系における有機材料の基礎的知見を得ることを目的として、下記の結果を得た。
正孔輸送材料として広く知られているTPDのHOMOとコンホメーションの相関について、密度汎関数法(DFT)によって検討した。中央部のビフェニレン基と窒素とをつなぐ結合のねじれ角αを0°から90°に変化させるとHOMOはビフェニル基から、窒素および末端のトリル・フェニル基に徐々に移って行くことがわかった。また、α〓60°においてHOMOが分子全体に非局在化していることがわかった。今後、HOMOがビフェニルに局在化している状態(α〓40°)、分子全体に非局在化している状態(α〓60°)、分子の末端部位に局在化している状態(α〓100°)のいずれの状態が分子間ホッピング伝導に好ましいか、実験的に得られた非晶TPDの分子間パッキング構造に基づき計算を進める予定である。
ポルフィリン誘導体とC_<60>を用いた有機太陽電池系に関して、IPCE値が59%という高い特性が得られている。一方で、ポルフィリン誘導体における置換基をわずかに変えただけでその特性は大きく低下する。この原因を明らかにするため、固体NMRにより分子レベルでの構造を明らかにすることを試みた。その結果、非晶膜中で、IPCE値の高い系において、ポルフィリン誘導体-C_<60>間でそのモル比が1:2,1:1,2:1および3:1の化学定量比を保持した超分子構造が形成されていることが明らかとなった。この結果は、DFT計算からも支持された。また、これらの超分子化によりポルフィリンからC_<60>へ電子が移動していることも明らかとなった。一方、IPCE値の低い系では超分子化は発達しておらず、有機太陽電池の特性変化の原因を明らかにすることができた。本研究は、本特定領域内の、京都大学工学研究科今堀教授との共同研究として推進した。

Report

(1 results)
  • 2007 Annual Research Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2008 2007 2006

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (4 results)

  • [Journal Article] Effects of Porphyrin Substituents on Film Structure and Photoelectrochemical Properties of Porphyrin/Fullerene Composite Clusters Electrophoretically Deposited on Nanostructured SnO_2 Electrodes2007

    • Author(s)
      Imahori, H, et. al.
    • Journal Title

      Chem. Eur. J 13

      Pages: 10182-10193

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 有機半導体材料の固体NMR解析とデバイス応用への展開2008

    • Author(s)
      梶 弘典(Invited)
    • Organizer
      分子研ナノフォーラム「有機半導体の基礎科学とデバイス応用に関する研究会」
    • Place of Presentation
      分子科学研究所・研究棟201号室(明大寺地区)
    • Year and Date
      2008-03-13
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] 有機光電変換材料の固体NMR解析2007

    • Author(s)
      梶 弘典(Invited)
    • Organizer
      「科学技術交流財団 ナノ有機分子エレクトロニクス創成研究会」
    • Place of Presentation
      名古屋大学
    • Year and Date
      2007-12-19
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] 有機光電変換材料の固体NMRおよびDFT解析2007

    • Author(s)
      梶 弘典(Invited)
    • Organizer
      文部科学省 科学研究費補助金 特定領域研究実在系の分子理論 A01班勉強会 複合電子系へのアプローチ:理論化学の新発展を求めて
    • Place of Presentation
      九州大学医学部百年講堂
    • Year and Date
      2007-11-24
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] 有機光電変換材料の固体NMR解析2006

    • Author(s)
      梶 弘典(Invited)
    • Organizer
      有機太陽電池研究会 第3回有機太陽電池シンポジウム主題:「有機薄膜太陽電池-新材料、新素子構造、理論-」
    • Place of Presentation
      京大会館(京都市左京区)
    • Year and Date
      2006-07-16
    • Related Report
      2007 Annual Research Report

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Published: 2007-04-01   Modified: 2018-03-28  

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