配向が制御された内外修飾カーボンナノチューブによるデバイス作製

• Project Area: Carbon nanotube nanoelectronics
• Project/Area Number: 22016006
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 梅山 有和 京都大学, 工学研究科, 助教 (30378806)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000); Fiscal Year 2011: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2010: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: ナノチューブ / フラーレン / ピーポッド / 化学修飾 / 太陽電池 / 過渡呼吸分光 / ポルフィリン / 蛍光寿命 / 過渡吸収分光 / ポリチオフェン

Research Abstract

本研究では、カーボンナノチューブ(CNT)を足場としてフラーレンを配列させ、それを光電変換材料に用いることを目的としてる。平成23年度は、有機薄膜太陽電池光活性層における電子アクセプターとして広く用いられるフラーレンC_<60>を内包した単層カーボンナノチューブ(C_<60>@SWNT)と、電子ドナーとして広く用いられるポルフィリン(ZnP)とを共有結合で連結した複合体(C_<60>@SWNT-ZnP)を作製し、その励起状態挙動および光電気化学特性を詳細に検討した。
420nmの励起光を用い、C_<60>@SWNT-ZnPの過渡吸収スペクトル測定を行ったところ、0.4および24ピコ秒の寿命を有する減衰成分と、2ナノ秒以上の長寿命の成分が観測された。それぞれ、C60@SWNT部位の基底状態のブリーチング、ZnPとSWNTもしくはC_<60>@SWNTが形成するエキシプレックス、ポルフィリンラジカルカチオンに帰属され、C60@SWNT-ZnPにおいて光励起により電荷分離が起こることがわかった。これは、空のSWNTとZnPとの複合体では電荷分離が起こらないのと対照的であり、内部空間への分子ドーピングによりSWNTの電子的物性が制御できることが示された。また、C_<60>@SWNT-ZnPを酸化スズ電極上に薄膜化し、その光電気化学特性を調べたところ、小さいながらもポルフィリンの吸収による光電流の発生が確認された。これは、電荷分離状態が形成されていることを示唆する過渡吸収測定の結果と一致する。

Research Products

• [Journal Article] Thermal Conversion of Precursor Soluble Polymer to Insoluble Low Bandgap Conjugated Polymers Containing Isothianaphthene Dimer Subunits (2012)
  • Author(s): 梅山有和、広瀬公平、野田啓、松重和美、宍戸哲也、林宏暢、俣野善博、小野昇、今堀博
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry C Volume: 116 Issue: 1 Pages: 1256-1264
  • DOI: 10.1021/jp208775x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis and Photovoltaic Properties of Conjugated Polymer Based on 1,3,4-Thiadiazole Unit (2012)
  • Author(s): T.Umeyama, E.Douvogianni, H.Imahori
  • Journal Title: Chem.Lett. Volume: 41 Issue: 4 Pages: 354-356
  • DOI: 10.1246/cl.2012.354
  • NAID: 10030544305
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Preparation and Photophysical and Photoelectrochemical Properties of Covalently Fixed Porphyrin-Chemically Converted Graphene Composite (2012)
  • Author(s): T.Umeyama, J.Mihara, N.Tezuka, Y.Matano, K.Stranius, V.Chukharev, N.V.Tkachenko, H.Lemmetyinen, K.Noda, K.Matsushige, T.Shishido, Z.Liu, K.Hirose-Takai, K.Suenaga, H.Imahori
  • Journal Title: Chem.Eur.J. Volume: 18 Issue: 14 Pages: 4250-4257
  • DOI: 10.1002/chem.201103843
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Self-Assembling Porphyrins and Phthalocyanines for Photoinduced Charge Separation and Charge Transport (2012)
  • Author(s): H.Imahori, T.Umeyama, K.Kurotobi, Y.Takano
  • Journal Title: Chem.Commun. Volume: 48 Issue: 34 Pages: 4032-4045
  • DOI: 10.1039/c2cc30621b
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Enhanced Photocurrent Generation bySemiconducting Single Walled Carbon Nanotube Enriched Thin Film (2011)
  • Author(s): L. Wei, N. Tezuka, T. Umeyama, H. Imahori, and Y. Chen
  • Journal Title: Nanoscale Volume: 3 Issue: 4 Pages: 1845-1849
  • DOI: 10.1039/c0nr00986e
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Carbon Nanotube Wiring of Donor-Acceptor Nanograins by Self-Assembly and Efficient Charge Transport (2011)
  • Author(s): T. Umeyama, N. Tezuka, F. Kawashima, S. Seki, Y. Matano, Y. Nakao, T. Shishido, M. Nishi, K. Hirao, H. Lehtivuori, N. V. Tkachenko, H. Lemmetyinen, and H. Imahori
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 50 Issue: 20 Pages: 4615-4619
  • DOI: 10.1002/anie.201007065
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Density Functional Theory Studies on Chemical Functionalization of Single-Walled Carbon Nanotubes by Bingel Reaction (2011)
  • Author(s): T.Umeyama, H.Fueno, E.Kawabata, Y.Kobayashi, K.Tanaka, N.Tezuka, Y.Matano, H.Imahori
  • Journal Title: Bull.Chem.Soc.J. Volume: 84 Issue: 7 Pages: 748-753
  • DOI: 10.1246/bcsj.20100326
  • NAID: 130004152944
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electron Transfer Cascade by Organic/Inorganic Ternary Composites of Porphyrin, Zinc Oxide Nanoparticles, and Reduced Graphene Oxideon a Tin Oxide Electrode that Exhibits Efficient Photocurrent Generation (2011)
  • Author(s): 林宏暢、Ian V.Lightcap、辻本将彦、高野幹夫、梅山有和、Prashant V.Kamat、今堀博
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 133 Issue: 20 Pages: 7684-7687
  • DOI: 10.1021/ja201813n
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis and Photovoltaic Properties of Thiophene-Imide-Fused Thiophene Alternating Copolymers with Different Alkyl Side Chains (2011)
  • Author(s): T.Umeyama, M.Oodoi, O.Yoshikawa, T.Sagawa, S.Yoshikawa, D.Evgenia, N.Tezuka, Y.Matano, K.Stranius, N.V.Tkachencko, H.Lemmetyinen, H.Imahori
  • Journal Title: J.Mater.Chem. Volume: 21 Pages: 12454-12461
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Optical, Electrochemical, and Photovoltaic Effects of an Electron-Withdrawing Tetrafluoro phenylene Bridge in a Push-Pull Porphyrin Sensitizer used for Dye-Sensitized Solar Cells (2011)
  • Author(s): M. Simon, H. Iijima, Y. Toude, T. Umeyama, Y. Matano, S. Ito, N. V. Tkachenko, H. Lemmetyinen, and H. Imahori
  • Journal Title: J. Phys. Chem. C Volume: 115 Issue: 29 Pages: 14415-14424
  • DOI: 10.1021/jp2030208
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Segregated Donor □ Acceptor Columns in Liquid Crystals That Exhibits Highly Efficient Ambipolar Charge Transport (2011)
  • Author(s): 林宏暢、二橋亘、梅山有和、俣野善博、関修平、清水洋、今堀博
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 133 Issue: 28 Pages: 10736-10739
  • DOI: 10.1021/ja203822q
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bisquinoxaline-Fused Porphyrins for Dye-Sensitized Solar Cells (2011)
  • Author(s): H.Imahori, H.Iijima, H.Hayashi, Y.Toude, T.Umeyama, Y.Matano, S.Ito
  • Journal Title: ChemSusChem Volume: 4 Issue: 6 Pages: 797-805
  • DOI: 10.1002/cssc.201100029
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of Fullerene Encapsulation on Structure and Photophysical Properties of Porphyrin-Linked Single-Walled Carbon Nanotubes (2011)
  • Author(s): T.Umeyama, J.Mihara, H.Hayashi, N.Kadota, V.Chukharev, N.V.Tkachenko, H.Lemmtyinen, K.Yoshida, S.Isoda, M.Takano, H.Imahori
  • Journal Title: Chem.Comm. Volume: 47 Pages: 11781-11783
  • NAID: 120004996206
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 光電変換機構と新材料設計 (2011)
  • Author(s): 梅山有和、今堀博
  • Journal Title: オプトロニクス Volume: 354 Pages: 104-109
• [Journal Article] Photophysics and Photoelectrochemical Properties of Nanohybrids Consisting of Fullerene-Encapsulated Single-Walled Carbon Nanotubes and Poly-(3-hexylthiophene) (2011)
  • Author(s): N.Tezuka, T.Umeyama, Y.Matano, T.Shishido, K.Yoshida, T.Ogawa, S.Isoda, K.Stranius, V.Chukharev, N.V.Tkachenko, H.Lemmetyinen, H.Imahori
  • Journal Title: Energy & Environmental Science Volume: 4 Pages: 741-750
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] J-Aggregation of a Sulfonated Amphiphilic Porphyrin at the Air-Water Interface as a Function of pH (2011)
  • Author(s): G.de Miguel, K.Hosomizu, T.Umeyama, Y.Matano, H.Imahori, M.Perez-Morales, M.Martin-Romero, L.Camacho
  • Journal Title: Journal of Colloid and Interface Science Volume: 356 Pages: 775-782
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Stoichiometric Complexation of Supramolecular Composites for Organic Solar Cells Revealed by Solid-State NMR (2011)
  • Author(s): H.Kaji, H.Hayashi, T.Yamada, M.Ueda, S.Kang, T.Umeyama, Y.Matano, H.Imahori
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 98 Pages: 113301-113301
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 光電変換を指向したカーボンナノチューブ複合材料 (2011)
  • Author(s): 梅山有和
  • Journal Title: 未来材料 Volume: 11 Pages: 30-35
• [Journal Article] Selective Formation and Efficient Photocurrent Generation of [70]Fullerene-Single-Walled Carbon Nanotube Composites (2010)
  • Author(s): T.Umeyama, N.Tezuka, S.Seki, Y.Matano, M.Nishi, K.Hirao, H.Lehtivuori, N.V.Tkachenko, H.Lemmetyinen, Y.Nakao, S.Sakaki, H.Imahori
  • Journal Title: Advanced Materials Volume: 22 Pages: 1767-1770
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of meso-Diarylamino Group of Porphyrins as Sensitizers in Dye-Sensitized Solar Cells on Optical, Electrochemical, and Photovoltaic Properties (2010)
  • Author(s): H.Imahori, Y.Matsubara, H.Iijima, T.Umeyama, Y.Matano, S.Ito, M.Niemi, N.V.Tkachenko, H.Lemmetyinen
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry C Volume: 114 Pages: 10656-10665
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of π-Elongation and Fused Position of Quinoxaline-Fused Porphyrins as Sensitizers in Dye-Sensitized Solar Cells on Optical, Electrochemical, and Photovoltaic Properties (2010)
  • Author(s): A.Kira, Y.Matsubara, H.Iijima, T.Umeyama, Y.Matano, S.Ito, M.Niemi, N.V.Tkachenko, H.Lemmetyinen, H.Imahori
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry C Volume: 114 Pages: 11293-11304
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dispersion of Carbon Nanotubes by Photo- and Thermal-Responsive Polymers Containing Azobenzene Unit in the Backbone (2010)
  • Author(s): T.Umeyama, K.Kawabata, N.Tezuka, Y.Matano, Y.Miyato, K.Matsushige, H.Imahori
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 46 Pages: 5969-5971
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Good Solvent Effects of C_<70> Cluster Formations and Their Electron-Transporting and Photoelectrochemical Properties (2010)
  • Author(s): N.Tezuka, T.Umeyama, Y.Matano, T.Shishido, M.Kawasaki, M.Nishi, K.Hirao, H.Lehtivuori, N.V.Tkachenko, H.Lemmetyinen, Y.Honsho, S.Seki, H.Imahori
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry B Volume: 114 Pages: 14827-14297
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 有機薄膜太陽電池のしくみと高効率化に向けたナノカーボン材料の活用 (2010)
  • Author(s): 梅山有和
  • Journal Title: 化学と教育 Volume: 58 Pages: 308-309
• [Journal Article] 光電変換素子材料としてのカーボンナノチューブ (2010)
  • Author(s): 梅山有和
  • Journal Title: 化学と工業 Volume: 63 Pages: 742-742
  • NAID: 10026596777
• [Presentation] ポルフィリンを共有結合で修飾したフラーレンピーポッドの合成と光物性 (2012)
  • Author(s): 梅山有和、三原潤也、俣野善博、今堀博
  • Organizer: 日本化学会第92春季年会
  • Place of Presentation: 慶応義塾大学、矢上キャンパス(神奈川県)
  • Year and Date: 2012-03-27
• [Presentation] 光電変換機能を指向したナノカーボン複合材料 (2011)
  • Author(s): 梅山有和
  • Organizer: 第3回有機太陽遠地研究会
  • Place of Presentation: 和歌山大学(和歌山県)
  • Year and Date: 2011-11-24
• [Presentation] ナノカーボン材料による光電変換機能 (2011)
  • Author(s): 梅山有和、今堀博
  • Organizer: 第60回高分子討論会
  • Place of Presentation: 岡山大学(岡山県)
  • Year and Date: 2011-09-30
• [Presentation] Photocurrent Generation by Semiconducting Electrodes Modified with Nanocarbon Materials and Porphyrins (2011)
  • Author(s): T.Umeyama, H.Imahori
  • Organizer: The 14th Asian Chemical Congress
  • Place of Presentation: バンコク(クイ)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-09-06
• [Presentation] フラーレンピーポッドーポリ(3-ヘキシルチオフェン)複合体の励起状態挙動および光電気化学特性 (2011)
  • Author(s): 梅山有和、手塚記庸、俣野善博、今堀博
  • Organizer: 日本化学会第91春季年会
  • Place of Presentation: 神奈川大学
  • Year and Date: 2011-03-28
• [Presentation] フラーレンピーポッドーポリ(3-ヘキシルチオフェン)複合体 (2011)
  • Author(s): 梅山有和、手塚記庸、俣野善博、今堀博
  • Organizer: 第40回フラーレン・ナノチューブ総合シンポジウム
  • Place of Presentation: 名城大学
  • Year and Date: 2011-03-09
• [Presentation] 光電変換を目指したナノカーボン複合材料 (2011)
  • Author(s): 梅山有和
  • Organizer: 電子情報通信学会 電子デバイス研究会 特別ワークショップ 「ナノチューブ/グラフェンエレクトロニクス:成長からデバイス応用まで」
  • Place of Presentation: 首都大学東京(招待講演)
  • Year and Date: 2011-03-07
• [Presentation] 光電荷分離・電荷輸送材料を指向した超分子化学 (2011)
  • Author(s): 梅山有和
  • Organizer: 超分子研究会 「電荷分離・電荷輸送を指向した超分子デザイン」
  • Place of Presentation: 大阪大学(招待講演)
  • Year and Date: 2011-01-28
• [Presentation] Composites of Fullerenes and Functionalized Single-Walled Carbon Nanotubes (2010)
  • Author(s): T.Umeyama, H.Imahori
  • Organizer: NMS-VI & FCPP-XX
  • Place of Presentation: 武漢、中国(招待講演)
  • Year and Date: 2010-10-13
• [Presentation] フラーレン-カーボンナノチューブ複合材料 (2010)
  • Author(s): 梅山有和、手塚記庸、俣野善博、今堀博
  • Organizer: 第39回フラーレン・ナノチューブ総合シンポジウム
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2010-09-06
• [Presentation] Carbon Nanotube-Fullerene Composites for Novel Photoelectrochemical Devices (2010)
  • Author(s): T.Umeyama, N.Tezuka, Y.Matano, H.Imahori
  • Organizer: IPS18
  • Place of Presentation: ソウル、韓国
  • Year and Date: 2010-07-29
• [Presentation] Synthesis and Photovoltaic Properties of Porphyrin-Furan and-Thiophene Alternating Copolymers (2010)
  • Author(s): T.Umeyama, T.Takamatsu, N.Tezuka, Y.Matano, Y.Araki, T.Wada, O.Yoshikawa, T.Sagawa, S.Yoshikawa, H.Imahori
  • Organizer: IPS18
  • Place of Presentation: ソウル、韓国
  • Year and Date: 2010-07-26
• [Presentation] カーボンナノチューブ・フラーレン複合体の作製と光電気化学特性 (2010)
  • Author(s): 梅山有和、手塚記庸、俣野善博、今堀博
  • Organizer: 第34回有機電子移動化学討論会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学
  • Year and Date: 2010-06-26
• [Remarks]
  • URL: http://www.moleng.kyoto-u.ac.jp/~moleng_05/umeyama.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.moleng.kyoto-u.ac.jp/~moleng_05/umeyama.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] 光電変換素子 (2011)
  • Inventor(s): 梅山有和、今堀博、三宅邦仁
  • Industrial Property Rights Holder: 住友化学株式会社、国立大学法人京都大学
  • Industrial Property Number: 2011-216631
  • Filing Date: 2011-09-30
• [Patent(Industrial Property Rights)] 化合物および該化合物を用いてなる薄膜 (2011)
  • Inventor(s): 梅山有和、今堀博、小野昇、三宅邦仁
  • Industrial Property Rights Holder: 住友化学株式会社
  • Industrial Property Number: 2011-052689
  • Filing Date: 2011-03-10
• [Patent(Industrial Property Rights)] カーボンナノチューブ含有膜の製造方法、カーボンナノチューブ分散液 (2010)
  • Inventor(s): 梅山有和、今堀博
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人京都大学
  • Industrial Property Number: 2010-106387
  • Filing Date: 2010-05-06