2016 Fiscal Year Annual Research Report
近赤外光電変換に資する近赤外吸収色素の新機軸設計法
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16H06048
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
前田 壮志 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (90507956)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 近赤外 / 励起子相互作用 / Davydov分裂 / 機能性色素 / スクアレン / 潜在顔料 / 有機太陽電池 / 有機半導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は励起子カップリングの精密操作を基盤とした近赤外吸収色素の新機軸設計法を開発し，近赤外光電変換に資する機能性色素群を創製することを目的としている．初年度目である平成28年度では，(i) クロモフォアの分子配向と光学・電気化学特性の相関，(ii) デバイスへの適用を可能とする潜在顔料化，の二項目について検討した．
(i) クロモフォアの分子配向と特性の相関
励起子カップリング理論によれば，遷移双極子が大きいほど励起子分裂のエネルギーギャップは拡大する．よって，分子内電荷移動による強く鋭い吸収を示し，大きな遷移双極子を有するスクアレン（SQ）色素をクロモフォアに採用した．2つのSQクロモフォアを直線的及び同一平面傾斜状に連結した色素の合成に成功した．2つのクロモフォアを持つ色素は，SQ単独の吸収より長波長側の近赤外領域と短波長側の可視光領域に２つの鋭く強い吸収を示した．この２つ吸収は，分子内にある２つのクロモフォア間での励起子カップリングの結果（Davydov分裂）であることが理論計算から明らかとなった．2発色団系色素の酸化電位はSQ単独のものと一致していることが電気化学測定から明らかとなった．このように，分子内に2つのクロモフォアを配置することで，基底状態のエネルギーを一定に保ちつつ，吸収波長を長波長化させて，色素に近赤外吸収能を付与することに成功した．
(ii)デバイスへの適用を可能とする潜在顔料化
アミンの保護基であるt-ブトキシカルボニル基は基質に溶解性を付与するとともに加熱によって容易に分解する．この熱分解反応を利用して近赤外吸収SQ色素の溶解性を制御することに成功した．
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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
本研究課題は，(i)クロモフォアの分子配向と特性の相関，(ii)潜在顔料化，(iii)凝集構造解析，(iv)光電変換デバイスへの展開，の４項目に関して検討する計画である．本年度では(i)の検討を通して，新規近赤外吸収色素の合成に成功しており，(ii)に挙げる潜在顔料化まで完了していることから，おおむね順調に進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度では，当初の研究計画に沿って（iii)凝集構造解析及び(iv)光電変換デバイスへの展開，に着手する．具体的には，本年度で得た知見を基に，２発色団系色素群を合成して，それらの分子構造が凝集体形成に及ぼす効果を分光学的手法や原子間力顕微鏡観察等から明らかにする．さらに，有機薄膜太陽電池や近赤外光検出デバイスの試作にも着手し，凝集構造とデバイス特性の相関を明らかにする計画である．
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