精密有機合成に基づく縮環炭素π電子系の機能発現

• Project Area: Emergence of highly elaborated pai-space and its function
• Project/Area Number: 23108704
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 辻 勇人 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (20346050)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2012: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2011: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: フェニレンビニレン / 色素増感太陽電池 / 光電変換 / 電子移動 / ポルフィリン / フラーレン / 分子ワイヤ / 光物性 / 有機合成 / π共役系 / 有機機能性材料 / 電子物性

Outline of Annual Research Achievements

独自に開発した炭素架橋フェニレンビニレン化合物（COPV）の強固な平面構造に由来する特異な物性とその応用について研究を行った．具体的には，色素増感太陽電池への応用ならびに長距離電子移動系の構築を行った．
COPVにアリールアミノ基とシアノアクリル酸部位を有するD-π-A型の誘導体を合成し，それを増感剤とした色素増感太陽電池を作製・評価したところ，光電変換効率は最高7.54%であった．ルテニウム等の希少元素を含まない色素としては良好な効率である．また，開放電圧は0.9V程度と高く，フィルファクターも0.77程度の高い値を示した．これは，分子の構造に由来するものと考えられる．
また，長距離電子移動系については，亜鉛ポルフィリン（ZnP）とフラーレンC60を連結したZnP-COPVn-C60（n = 1-3）を合成し，光誘起電子移動によって検証した．定常状態の紫外可視吸収スペクトルではZnPとC60のCT吸収帯が観測され，対応する非架橋体に比べて大きな電子的相関を有することを確認した．極性溶媒中では蛍光寿命および過渡吸収スペクトル測定から，電荷分離および電荷再結合速度は両プロセスとも対応する非架橋体に比べてそれぞれ10倍，1000倍程度加速されていることが明らかとなった．電子移動速度の温度依存性が極めて小さいことから，機構としては超交換相互作用が示唆される．また，分子長依存性から見積もった減衰係数（β）はそれぞれβ(CS) = 0.055 A-1，β(CR) = 0.044 A-1と，超交換相互作用による電子移動としては極めて小さな値を示すなど，炭素架橋による長距離電子移動の効率化を確認した．

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] New Sensitizers for Dye-sensitized Solar Cells Featuring a Carbon-bridged Phenylenevinylene (2013)
  • Author(s): X. Zhu, H. Tsuji, J. Teodomiro, L. Navarrete, J. Cordon, E. Nakamura
  • Journal Title: Chem. Commun. Volume: 49 Issue: 6 Pages: 582-584
  • DOI: 10.1039/c2cc37124c
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tripyridyltruxenes: Thermally Stable Cathode Buffer Materials for Organic Thin-Film Solar Cells (2012)
  • Author(s): H. Tsuji, Y. Ota, S. Furukawa, C. Mitsui, Y. Sato, E. Nakamura
  • Journal Title: Asian J. Org. Chem. Volume: 1 Issue: 1 Pages: 34-37
  • DOI: 10.1002/ajoc.201200021
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Carbon-Bridged Oligo(phenylenevinylene)s: Stable π-Systems with High Responsiveness to Doping and Excitation (2012)
  • Author(s): X. Zhu
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 134 Issue: 46 Pages: 19254-19259
  • DOI: 10.1021/ja309318s
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Naphtho[ 2, 1-b : 6, 5-b'] difuran : a Versatile Motif Available for Solution-processed Single-crystal Organic Field-effect Transistors with High Hole Mobility (2012)
  • Author(s): Mitsui, C.; Soeda, J.; Miwa, K.; Tsuji, H.; Takeya, J.; Nakamura, E
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc Volume: 134 Issue: 12 Pages: 5448-5451
  • DOI: 10.1021/ja2120635
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mechanochromic and Color-change Properties of 2,6-Di(2-pyridy)benzo[1,2-b:4,5-b']difuran in Solid and Solution (2011)
  • Author(s): Tsuji, H.; Favier, G.M.O.; Mitsui, C.; Lee, S.; Hashizume, D.; Nakamura, E.
  • Journal Title: Chem.Lett. Volume: 40 Issue: 6 Pages: 576-578
  • DOI: 10.1246/cl.2011.576
  • NAID: 10028243605
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bis-cinnolines as n-Type Semiconducting Material with High Electron-mobility and Thermal Stability and their Application to Organic Photovoltaic Cells (2011)
  • Author(s): Tsuji, H.; Yokoi, Y.; Sato, Y.; Tanaka, H.; Nakamura, E.
  • Journal Title: Chem.Asian J. Volume: 6 Issue: 8 Pages: 2005-2008
  • DOI: 10.1002/asia.201100234
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bis-cinnolines as n-Type Semiconducting Material with High Electron-mobility and Thermal Stability and their Application to Organic Photovoltaic Cells (2011)
  • Author(s): Tsuji, H.; Yokoi, Y.; Sato, Y.; Tanaka, H.; Nakamura, E
  • Journal Title: Chem. Asian J Volume: 6 Issue: 9 Pages: 2005-2008
  • DOI: 10.1002/asia.201100326
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Air-and Heat-stable Planar Tri-p-quinodimethane with Distinct Biradical Characteristics (2011)
  • Author(s): Zhu, X.; Tsuji, H.; Nakabayashi, K.; Ohkoshi, S.-i.; Nakamura, E
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc Volume: 133 Issue: 41 Pages: 16342-16345
  • DOI: 10.1021/ja206060n
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 反応開発を起点とする革新的機能性材料づくり (2013)
  • Author(s): 辻 勇人
  • Organizer: 日本化学会第93春季年会，有機合成化学を起点とするものづくり戦略
  • Place of Presentation: 立命館大学（京都）
  • Year and Date: 2013-03-22
  • Invited
• [Presentation] Novel Carbon Materials toward Efficient Photovoltaics #8211; Carbon-bridged Phenylenevinylenes and their Application to Dye-sensitized Solar Cells (2013)
  • Author(s): Hayato Tsuji
  • Organizer: 日本化学会第93春季年会，日中若手フォーラム
  • Place of Presentation: 立命館大学（京都）
  • Year and Date: 2013-03-22
  • Invited
• [Presentation] 炭素架橋フェニレンビニレンを介した光誘起電子移動と色素増感太陽電池への応用 (2013)
  • Author(s): 辻 勇人，助川潤平，中村栄一
  • Organizer: 高次π空間の創発と機能開発 第９回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 舞子ビラ（兵庫）
  • Year and Date: 2013-03-13
• [Presentation] Carbon-bridged Phenylenevinylene (COPV) for a Linker of Novel and Efficient Sensitizers for Dye-sensitized Solar Cells (2012)
  • Author(s): Xiaozhang Zhu, Hayato Tsuji, Eiichi Nakamura
  • Organizer: 4th International Symposium on Emergence of Highly Elaborated pi-Space and Its Function
  • Place of Presentation: Hamanako Royal Hotel (Shizuoka)
  • Year and Date: 2012-11-13
• [Presentation] 炭素架橋フェニレンビニレンにおける環歪みがもたらす特異な物性 (2012)
  • Author(s): 辻 勇人，朱 曉張，中村栄一
  • Organizer: 第23回基礎有機化学討論会
  • Place of Presentation: 京都テルサ（京都）
  • Year and Date: 2012-09-19
• [Presentation] Fused furan as Stable and High-performance Semiconducting Material (2012)
  • Author(s): Hayato Tsuji, Chikahiko Mitsui, Eiichi Nakamura
  • Organizer: The 2012 International Conference on Flexible and Printed Electronics (ICFPE2012)
  • Place of Presentation: The University of Tokyo (Tokyo)
  • Year and Date: 2012-09-06
• [Presentation] 炭素架橋フェニレンビニレンにおける環歪み効果 (2012)
  • Author(s): 辻 勇人，朱 曉張，中村栄一
  • Organizer: 高次π空間の創発と機能開発 第８回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター（愛知）
  • Year and Date: 2012-07-19
• [Presentation] 新反応が拓く新規有機デバイス材料 (2012)
  • Author(s): 辻勇人
  • Organizer: 日本化学会春年会「低次元無機-有機系の光化学」と「ナノスケール分子デバイス」合同特別企画
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学,横浜
  • Year and Date: 2012-03-28
• [Presentation] 新反応開発に立脚した新物質開発と有機デバイスへの応用 (2011)
  • Author(s): 辻勇人
  • Organizer: 日本学術振興会情報科学用有機材料第142委員会
  • Place of Presentation: 東京理科大学,東京
  • Year and Date: 2011-07-22
• [Presentation] π電子共役系機能性物質のモジュラー合成と有機デバイスへの応用 (2011)
  • Author(s): 辻勇人
  • Organizer: 第46回有機反応若手の会
  • Place of Presentation: 水上,群馬県
• [Presentation] Carbon-Bridged Oligo (phenylenevinylene)s : Rigid Planar π-Conjugated system with High Photo- and Electrochemical Stability (2011)
  • Author(s): 辻勇人
  • Organizer: 10th International Symposium on Organic Reactions
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学,横浜
• [Book] 高次π空間の創発と機能開発 (2013)
  • Author(s): 辻 勇人
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Book] 未来を拓く元素戦略 (2013)
  • Author(s): 辻 勇人
  • Publisher: 化学同人
• [Remarks]
  • URL: http://www.chem.s.u-tokyo.ac.jp/users/common/NakamuraLab.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] 炭素架橋フェニレンビニレン誘導体、及びこれを用いた色素増感太陽電池 (2012)
  • Inventor(s): 中村栄一，辻 勇人，朱 曉張
  • Industrial Property Rights Holder: 東京大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2012-09-18
• [Patent(Industrial Property Rights)] 縮環フラン化合物を用いた電界効果トランジスタ (2012)
  • Inventor(s): 中村栄一, 辻勇人, 三津井親彦, 竹谷純一
  • Industrial Property Rights Holder: 東京大学
  • Industrial Property Number: 2012-023946
  • Filing Date: 2012-02-07
• [Patent(Industrial Property Rights)] 光電変換素子,太陽電池,及び太陽電池モジュール (2012)
  • Inventor(s): 中村栄一, 辻勇人, 小島達央, 古川俊輔, 佐藤佳晴, 大坪才華
  • Industrial Property Rights Holder: 三菱化学
  • Industrial Property Number: 2012-050904
  • Filing Date: 2012-03-07
• [Patent(Industrial Property Rights)] 光電変換素子,及び太陽電池モジュール (2012)
  • Inventor(s): 中村栄一, 辻勇人, 田中秀幸, 古川俊輔, 佐藤佳晴
  • Industrial Property Rights Holder: 東京大学,三菱化学
  • Industrial Property Number: 2012-050904
  • Filing Date: 2012-03-08