Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
本研究では、有機および無機結晶からなる特異界面構造の創出と光電気化学的機能の創出を目指し、錯形成を介した無機結晶界面への有機分子の導入手法と光電子デバイスへの応用を提案する。基本構造として、ナノ構造を有する無機半導体結晶の表面に希土類イオンと有機化合物からなる錯体を分子レベルで配列・固定させ、特異界面構造を形成する。本系では、有機-無機界面に形成した錯体により光電変換を促すとともに、界面でトラップされやすい電荷を希土類イオンのレドックス特性を利用し蓄積することで、“光により生成した電気エネルギーを界面で蓄える”機能を促す。
本研究の目的は、有機－無機結晶界面における特異構造の制御と新しい光電気化学的機能の創出である。特に錯形成を介した無機結晶界面への有機分子の導入手法と有機-無機界面を利用した希土類の電子状態の制御に焦点をしぼり、新しい光電気化学素子への展開を目指している。具体的には、有機および無機結晶のヘテロ接合界面で生じるトラップによる電荷移動の障害を積極的に利用し、その特異界面に希土類錯体の光誘起レドックス特性を組み込むことで、新しい光電気化学素子として“光により生成した電気エネルギーを界面で蓄える”機能の発現が期待される。一素子内で光発電と蓄電の両機能を実現できれば、光エネルギーの革新的かつ有効な利用方法を確立することができる。本年度は、昨年度に作成した光電流増幅型受光素子の構造最適化と界面における蓄電機能の評価を行った。例えば、表面電位測定（KFM）から、金属錯体層と酸化チタン層の界面にキャリア（ホール）捕集されていることを実証し、ホール捕集（電位上昇）が生じやすい箇所が存在することを明らかにした。この界面の制御により、100μs以下の高速応答性を持つ増幅型受光素子の開発に成功した。さらに、薄膜表面に電荷蓄積層（Euイオン）を一様に偏析させることにも成功し、応答速度を14μsまで高速化させることができた。また、この特異界面における電荷蓄積を利用し、酸化チタン多孔膜表面に固定化した金属錯体の密度と膜厚を制御することで、蓄電機能を誘発できることも明らかとなった。
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Science Advances
Volume: 6 Issue: 46
10.1126/sciadv.abd3274
The Journal of Chemical Physics
Volume: 153 Issue: 19 Pages: 194704-194704
10.1063/5.0030596
Advanced Science
Volume: 7 Issue: 4 Pages: 1903142-1903142
10.1002/advs.201903142
The Journal of Physical Chemistry Letters
Volume: 10 Issue: 19 Pages: 5935-5942
10.1021/acs.jpclett.9b02432
