2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of photofunctionalized atomic layer materials by surface chemical functionalization for photoenergy conversion systems
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20H02567
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
梅山 有和 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (30378806)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 原子層材料 / ビスムテン / フラーレン / マイクロ波過渡電動度 / 二硫化モリブデン / ピレン / マレイミド / エクシプレックス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の狙いは、1）光機能性分子の半導体原子層材料への化学修飾、2）光機能化半導体原子層材料の光ダイナミクスの解明、3）光機能化半導体原子層材料の光エネルギー変換系への応用、である。2020年度は、(i) フラーレンによるビスムテンの化学修飾、および、(ii) ピレンによる二硫化モリブデン（MoS2）の化学修飾、を対象として、1および2に取り組んだ。
(i) ボールミル装置を用いて、バルクビスマスの剥離を行なったところ、数層にまで剥離したビスムテン(FLBi)が得られた。溶媒極性変化を利用して、FLBiとフラーレンC60との複合体を得ることにも成功した（FLBi-(C60)n）。同じくマイクロ波過渡伝導度測定から、FLBi-(C60)nでは、C60からFLBiへのエネルギー移動が効率よく起こることがわかった。
(ii) ボールミル装置を用いて、バルクMoS2の剥離と、固相反応によるMoS2ナノシートへのマレイミド誘導体の表面化学修飾を行なった。熱重量測定から、得られた共有結合修飾体Bn-mal-MoS2は、28wt%のマレイミド誘導体を含むと見積もられた。これにより、高い修飾率を示す共有結合修飾がグラムスケールで可能であることが示された。
次に、MoS2ナノシートの光機能化を行うため、N-p-ブロモベンジルマレイミドを共有結合修飾したMoS2ナノシートであるBr-Bn-mal-MoS2と、ボロン酸を有するピレン誘導体との鈴木-宮浦カップリング反応を行なった。得られたPy-Bn-mal-MoS2は、MoS2とピレンの間で形成されたエキスプレックスに由来する発光を示した。これは、有機化合物とMoS2を始めとした半導体原子層材料との間でエキシプレックス発光が観察された初めての例である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の目的であった、フラーレンによるビスムテンの化学修飾、およびピレンによるMoS2の化学修飾を達成した。ここで、ボールミル装置を用いることで、バルクビスマスやバルクMoS2の剥離を、グラムスケールで行えることを見出した。さらに、MoS2とマレイミド誘導体の化学反応にもボールミル装置を用いた固相反応が有効であることを見出した。これらは当初の計画にはなかった成果であり、当初の計画以上に進展しているといえる。また、フラーレン-ビスムテンやピレン-MoS2の複合体の光ダイナミクスの解明を、当初の予定通り遂行することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
半導体原子層材料として、これまでに共有結合修飾が達成されたことのないアンチモネンに着目し、その共有結合修飾による光機能化を目指す。ボールミルを用いた、フラーレンやマレイミド誘導体によるアンチモネンの光機能化を試みる。さらに、得られた光機能化の光ダイナミクスを解明し、有機薄膜太陽電池などの光エネルギー変換系に応用する。
また、過渡吸収スペクトルなどを用い、ピレン修飾MoS2の、詳細な光ダイナミクスの解明を試みる予定である。
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