Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
セラミックスなどの無機材料の終端である表面/界面は、構造欠陥が発生しやすいことや、電荷分離・電荷注入などのイベントが発生するため、材料・素子の性能に大きな影響を及ぼすことが多い。本研究では、適切な官能基・機能団を有した「デザイン型二面性分子」を用いて、ペロブスカイトや金属酸化物などの種々の材料表面を表面修飾し、優れた物性・機能を持つ外圏型超セラミックスを開発し、その物性・機能について研究する。
結晶性無機材料の終端である表面/界面は、構造欠陥が発生しやすいことや、電荷分離・電荷注入などのイベントが発生するため、材料・素子の性能に大きな影響を及ぼすことが多い。本研究では、適切な官能基・機能団を有した「デザイン型二面性分子」を用いて、ペロブスカイトや金属酸化物などの種々の材料表面を表面修飾し、優れた物性・機能を持つ外圏型超セラミックスを開発し、その物性・機能について研究する。昨年度の研究では、ラダー型構造のインデノフルオレン、トルキセン、トリプチセンをコアとして有する二面性分子を合成し、そのペロブスカイト表面へのパッシベーション能力を調査した。同一の骨格で、置換基の向きが揃っていない誘導体を非二面性のコントロール分子として合成し比較に用いた。数mg/mLの有機溶媒の溶液を調整し、ペロブスカイト表面にスピンコートし、パッシベーションを試みた。全ての二面性分子で、ペロブスカイト由来の蛍光性の大きな変化を観測した。パッシベーションされたペロブスカイトを用いて太陽電池素子を作成し、その性能を評価した。その結果、パッシベーション分子無しの場合と比較し、有意な光電変換効率を達成した。また、デバイスの長期保存した際の安定性の向上も確認した。一方で、非二面性のコントロール分子を用いた素子では光電変換効率向上の度合いは二面性のものよりも低く、二面性構造の優位性が示されたといえる。これらの成果の一部を、Small Struct. 2024, 2300411に論文としてまとめた。これは、A03福井智也助教との共同研究成果である。これらに加え、C02班 前田和彦教授とは、時間分解マイクロ波電導度測定を用いた光触媒の性能評価で、ACS Materials Lett. 2023, 5, 2355、Solar RRL 2023, 7, 2300710の２報の共著論文を出版することができた。
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
当初予定していた、デザイン型二面性分子が、ペロブスカイト太陽電池のパッシベーション分子として優れた機能を示すことを見出した。また、この検討を、複数のコア骨格（インデノフルオレン、トルキセン、トリプチセン）を有する二面性で検証したことで、その一般性も示すことができ、研究は順調に進行していると判断した。
今後は、二面性分子の更なるデザインにより、より高性能なパッシベーション分子の開発を目指す。これまでに、二面性コアとしては、インデノフルオレン、トルキセン、トリプチセンをコアとして有する二面性誘導体を開発していたが、これらの電荷移動度は低い。本年度は、より高い正孔輸送特性を有する二面性分子を開発し、さらなるパッシベーション性能向上を図る。また、二面性構造付与に伴いキラリティーが発現する誘導体を無機固体表面に吸着させ、スピン偏極電流選択性を評価する。
All 2024 2023 Other
All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results, Open Access: 6 results) Presentation (22 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results, Invited: 13 results) Remarks (1 results)
Small Structures
Volume: 5 Issue: 3 Pages: 2300411-2300411
10.1002/sstr.202300411
Chemical Communications
Volume: 60 Issue: 7 Pages: 889-892
10.1039/d3cc05731c
Chem. Commun.
Volume: 60 Issue: 27 Pages: 3653-3656
10.1039/d3cc05749f
ACS Materials Letters
Volume: 5 Issue: 9 Pages: 2355-2360
10.1021/acsmaterialslett.3c00574
ACS Applied Energy Materials
Volume: 6 Issue: 18 Pages: 9381-9389
10.1021/acsaem.3c01329
JACS Au
Volume: 3 Issue: 11 Pages: 3194-3203
10.1021/jacsau.3c00519
Solar RRL
Volume: 8 Issue: 1 Pages: 2300710-2300710
10.1002/solr.202300710
https://sites.google.com/view/fishiwari/home
