2015 Fiscal Year Annual Research Report
分子内配位結合を鍵骨格にもつ有機太陽電池のための色素材料の開発
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14J03287
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
下河 広幸 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | π共役 / 機能性材料 / 有機色素 / ホウ素 / 分子内配位結合 / 電子受容性 / 近赤外吸収 / 近赤外発光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
H２６年度の研究において、2つのBF2基で架橋したジピロリルエタンジオン骨格が著しく高い電子受容性を示すことを見出した。そして、H２７年度は、本骨格を鍵電子受容性骨格に用いて近赤外吸収色素を開発した。
近赤外色素の開発では、分子のHOMO-LUMOギャップを狭くする必要があるが、HOMOを上げすぎると空気酸化されてしまうため、空気に安定な近赤外色素の開発にはLUMOを下げることが必要となり、いかに電子受容性骨格を構築するかが重要となる。そこで、2つのBF2基で架橋したジピロリルエタンジオン骨格が著しく高い電子受容性をもつことを活かし、末端にトリアリールアミンを導入したD-A-D型色素を設計し、実際に合成した。カップリング反応を用いてピロールにトリアリールアミンを導入した後、これをピリジン存在下でオキサリルクロリドと反応させることで目的物の前駆体を得た。最後に、これをi-Pr2EtNとBF3・OEt2と作用させることで目的のD-A-D型色素を緑色固体として得ることができた。ジクロロメタン中でのサイクリックボルタンメトリーでは、第一酸化電位と第一還元電位はそれぞれ、EOx = +0.21 V, ERed = -0.78 V（vs. Fc/Fc+）に観測され、本色素が狭いHOMO-LUMOギャップをもつことが示唆された。紫外可視近赤外吸収スペクトル測定では、狭いHOMO-LUMOギャップこれを反映して近赤外領域に大きな吸収帯（λabs = 922 nm, ε = 116,000 M-1 cm-1）を示し、可視光領域にはほとんど吸収を示さないという興味深いスペクトルが観測された。また、量子収率は極めて低いものの近赤外発光特性（λem = 1200 nm, Φ = 0.0001）を示した。さらに、本色素は、中心骨格由来の低いLUMO準位を反映して、高い光安定性が確認された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
H２７年度は、分子内B-N配位結合をもつ有機太陽電池ための色素材料の開発に関して、H２６年度に開発した2つのBF2基で架橋したジピロリルエタンジオン骨格を利用して、近赤外領域に吸収帯をもつ色素を開発した。また、本色素を開発する過程で、BF2基での架橋様式の異なる異性体や、本骨格は末端に導入する置換基の電子効果により光吸収帯を可視光から近赤外領域の幅広い範囲で制御可能であることを見出した。
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| Strategy for Future Research Activity |
H２８年度は、可視光領域に吸収をもたない近赤外吸収色素の開発を目指す。H２７年度に開発した色素を基に、ホウ素上の置換基の異なる色素を開発し、ホウ素上の置換基の電子効果が物性に及ぼす影響を検討する予定である。ホウ素上の置換基の電子求引性を大きくすることで、光吸収帯の長波長シフトが実現できると予想している。
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[Journal Article] In Situ Solid-State Generation of (BN)2-Pyrenes and Electroluminescent Devices2015
Author(s)
Suning Wang, Deng-Tao Yang, Jiasheng Lu, Hiroyuki Shimogawa, Shaolong Gong, Xiang Wang, Soren K. Mellerup, Atsushi Wakamiya, Yi-Lu Chang, Chuluo Yang, Zheng-Hong Lu
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Journal Title
Angewandte Chemie International Edition
Volume: 54
Pages: 15074-15078
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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