2020 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of two-dimensional conjugated polymer, coordination nanosheet, and manifestation of higher-order functions using high quality and hetero-structured nanosheets
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19H05460
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
西原 寛 東京理科大学, 研究推進機構総合研究院, 教授 (70156090)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂牛 健 国立研究開発法人物質・材料研究機構, エネルギー・環境材料研究拠点, 主幹研究員 (50756484)
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| Project Period (FY) |
2019-04-23 – 2024-03-31
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| Keywords | 二次元物質 / 金属錯体 / 結晶 / ヘテロ構造 / 導電性 / 光検出器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
金属イオンと有機配位子であるベンゼンヘキサチオール(BHT)を原料とした配位ナノシートに関して、NiとCuの2種類の異なる金属から成るヘテロ金属配位ナノシート(NixCu1-x/BHT)の合成に成功した。また、NiとCuの混合比を系統的に変化させることにより、新規構造相であるNiCu2BHTが優先して形成されることを発見した。さらに、このNiCu2BHTについて、Ni3BHTやCu3BHTなどのホモ金属配位ナノシートよりも高い結晶化度、高い電気伝導性を示すことを実証した。一方、NixCu1-x/BHTのSeebeck係数はｘにさほど依存しないことから、高導電性は物質に本質的な性質ではなく、高結晶性に基づいていることが強く示唆された。
鉄ジチオレンナノシートFeBHTについて、反応条件を最適化することにより、結晶性を上げることに成功し、そのPXRD測定により、FeとBHTの比が1：3の空孔のない構造であることを明らかにした。次に、FeBHTの紫外光吸収能を利用したセルフパワー光検出器の作製を行った。まず、出発原料となる鉄化合物を最適化することによって、大面積で均質なFeBHTをボトムアップで合成する方法を開発した。合成したFeBHTを酸化インジウムスズ（ITO）/酸化スズ（SnO2）基板上に吸着させ、さらにその上に、正孔輸送層Spiro-OMeTADと、陰極として機能する金電極を形成し、セルフパワー光検出器を作製した。
このセルフパワー光検出器の光応答特性および安定性を調べた結果、短い応答時間（< 40 ms）、6.57 mA/Wの高いスペクトル応答性、3.13E11 Jonesの高い比検出率、365 nmで2.23％の外部量子効率の光応答を示すことが確かめた。さらにFeBHTセルフパワー光検出器は、大気下で非常に高い長期安定性をもつことが示された。
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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
本研究課題では、2013年に始めた金属錯体から成る二次元物質である配位ナノシートに関して、これまで研究が進んでいなかった高結晶度化およびヘテロ構造化という基盤技術の確立と化学的・物理的な特性・機能の応用展開を目指している。本研究においては、それらの目標のいずれも、進捗することができた。まず、高結晶度化およびヘテロ構造化に関しては、同時に達成した。具体的には、ニッケルと銅の２種の金属元素を含むヘテロメタル配位ナノシートNiCu2BHTが1：2の一定比率で周期的な配列を取ることを見出し、結晶化度は単金属の配位ナノシートNi3BHTおよびCu3BHTより高くなることを明らかにした。さらに高結晶化度が高導電性をもたらすことを証明した。また応用展開に関しては、FeBHTが高結晶度化する合成条件を見出し、そのFeBHTシートを利用して、高性能の紫外光検出器を作製することに成功した。これらの成果は、当初の研究計画が順調に進んでいることを示しており、（２）おおむね順調に進展しているを選択した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題では、色々な配位ナノシートについて高結晶度化を実現することを目指しているが、まだ、高結晶化できる配位ナノシートの種類が限られている。今後の研究の推進方策としては、さらに合成条件の幅を単純な液液界面合成や気液界面合成以外にも広げることにより、より多くの配位ナノシートの高結晶度化を達成し、さらにその単結晶ドメインの大きさが10μm平方以上の原子層配位ナノシートの合成を目標とする。それが実現した場合には、種々の構造解析、物性解明の測定が可能になるとともに、電子デバイスへの展開が大きく進展する。またヘテロ構造化については、準備を進めている面内ヘテロ接合および面直ヘテロ接合の作製と電子物性の解明の研究を完成させる。最終的には、単結晶の原子層配位ナノシートのヘテロ接合を作ることによって、未踏の量子物性の発現に展開することを計画している。
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Research Products
(21 results)
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[Journal Article] Two-Dimensional Bis(dithiolene)iron(II) Self-Powered UV Photodetectors with Ultrahigh Air Stability2021
Author(s)
Y.-C. Wang, C.-H. Chiang, C.-M. Chang, H. Maeda, N. Fukui, T.Wang, C.-Y. Wen, K.-C. Lu, S.-K. Huang, W.-B. Jian, C.-W. Chen, K. Tsukagoshi, H. Nishihara
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Journal Title
Adv. Sci.
Volume: 2021
Pages: 2100564
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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