CuSCN-有機色素ハイブリッド薄膜の電気化学的自己組織化
| Project/Area Number |
19J20693
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 26030:Composite materials and interfaces-related
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
津田 勇希 山形大学, 大学院理工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2020: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 無機/有機ハイブリッド / 電気化学 / 物理化学 / 電解析出 / 材料科学 / 有機無機ハイブリッド |
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| Outline of Research at the Start |
電気化学的に自己組織化したCuSCN/有機色素複合膜が光を吸収し、その複合膜内で電荷分離をすることで、電荷分離の際に電圧損失が少ない、単一光吸収層型高効率太陽電池の達成を目指す。また、CuSCNを出発材料とし、金属銅・CuOへと転化し、CO2還元・水酸化電極触媒機能を評価する。加えて、様々に構造・結晶面制御されたCuSCNを、それをを維持したまま転化することにより得られる生成物の違いや触媒機能の優位性を評価する。さらには、CuSCNと触媒機能を有する有機色素との複合化に取り組み、その複合膜を有機成分を残したまま、金属銅やCuOに転化することで、高性能な無機/有機ハイブリッド触媒の達成を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
p型無機半導体であるCuSCNと有機色素のハイブリッド薄膜の電気化学的自己組織化現象について、その原理解明と制御手段の確立に取り組んだ。色素複合化の選択律を系統的な実験により明らかにした。HSAB則に従うソフト性の高いLewis塩基性官能基を有する色素のCu(I)サイトへの配位や、カチオン性色素のCu(I)イオンへの置換が複合化の化学原理であることを証明した。また、ジメチルアミノスチルバゾリウム(DAS)色素とCuSCNの複合化について、浴中DAS濃度が組成、ナノ構造、結晶成長に与える影響を詳細に調べ、低DAS濃度域では、拡散律速でCuSCN結晶粒中に導入され、ある濃度以上になると表面反応によって色素導入が規制され、ナノスケールで無機有機が相分離した複合膜を形成する反応機構のスイッチングとハイブリッド構造の作り分けが起こることを突き止めた。さらCuSCN/DASハイブリッド形成の物理化学モデルを構築し、色素導入スイッチングの定量的記述を果たした。レビッチモデルで記述される拡散律速導入に対し、高DAS濃度域ではCuSCN : DAS = 2 : 1の錯体表面濃度が膜成長過程で不変であり、その安定度定数によって膜組成が支配されることを明らかにした。また、その機構変化の境界を記述する数理モデルを完成させた。加えて、電子吸引性の高いメトキシ基とシアノ基を有するMTS, CNSスチルバゾリウム色素を用いた製膜分析実験を通じて、提唱したモデルの普遍性を証明すると共に、界面錯安定度によるスイッチング現象の定量表現に成功した。ニュートラルレッド(NR)とのハイブリッド膜電析とCO2還元電極触媒への応用に取り組み、機能材料創出への多様性と可能性を示した。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(28 results)
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[Presentation] Concerted Photoluminescence of Electrochemically Self-Assembled CuSCN / Stilbazolium Dye Hybrid Thin Films2020
Author(s)
Kyota Uda, Yuki Tsuda, Shuji Okada, Ryohei Yamakado, Lina Sun, Yoshiyuki Suzuri, Matthew Schuette White, Madalina Furis, Philipp Stadler, Oleg Dimitriev, Tsukasa Yoshida
Organizer
237th Electrochemical Society Meeting
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[Presentation] Switching of Dye Loading Mechanism in Electrochemical Self-Assembly of CuSCN/4-(N,N-dimethylamino)-4’-(N’-methyl)Stilbazolium Hybrid Thin Films2019
Author(s)
Yuki Tsuda, Tenshou Nakamura, Kyota. Uda, Shuji Okada, Ryohei Yamakado, Lina Sun, Yoshiyuki Suzuri, Philipp Stadler, Oleg Dimitriev, Tsukasa Yoshida
Organizer
10th International Workshop on CIGS Solar Cell Technology
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