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2013 Fiscal Year Research-status Report

単分子テンプレート法を用いた有機結晶の多形制御

Research Project

Project/Area Number 25620025
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

原野 幸治  東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (70451515)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2015-03-31
Keywords結晶成長 / 超分子化学 / 有機結晶 / 結晶多形 / ナノ材料
Research Abstract

結晶構造は固体状態における物質の性質を支配する重要因子であるにもかかわらず,結晶化現象を分子レベルで
理解し構造を制御することは未だ困難である.本研究では,固体表面における有機半導体分子の不均一核形成過程に着目し,結晶化分子と表面との相互作用の強弱で核形成頻度を調整し結晶形態の制御を行った.有機薄膜太陽電池の設計においては,ドナーおよびアクセプターとなる有機半導体分子間の界面面積を増やすことが高性能化に直結することから,薄膜形成における相分離構造・結晶形態をナノレベルで制御することが重要である.今回,導電性の酸性ポリマーであるPEDOT:PSS薄膜の表面をグラフェン様シートで修飾することにより,ドナー材料であるベンゾポルフィリン(BP)の結晶形態を変化させ,表面積を増大させることに成功した.
ITO電極に塗布したPEDOT:PSS表面上に,ベンゾポルフィリン前駆体(CP)からの塗布後熱転換によりBPを結晶化させると厚さ20-30 nmの平坦な多結晶性薄膜が得られた.一方で,PEDOT:PSS上に酸化グラフェン誘導体Ph-iGO分散液を塗布後熱還元して還元型酸化グラフェンrGOで被覆したのちBP を結晶化させたところ,50から150 nmの高さを持つナノ結晶が表面上でまばらに成長することが明らかとなった.PEDOT:PSS表面ではBPとの強い酸塩基相互作用により高い核形成頻度で密に三次元結晶化するのに対し,PEDOT:PSS表面をrGOで覆うことで表面との相互作用が抑制され,核形成頻度が減少しまばらに結晶化したものと考えられる.このBPナノ結晶薄膜の上にアクセプター分子としてC60を蒸着して形成した有機薄膜太陽電池は,rGO非存在時に比べて電流量および光電変換効率が向上したことから,ナノ結晶生成によるC60との界面面積の増大がキャリア生成の高効率化に寄与していることが示された.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

表面の化学デザインによって結晶の不均一核形成を制御するという目的は有機結晶のナノ結晶形態コントロールという形で達成された.

Strategy for Future Research Activity

今後は当初計画の通り有機結晶の多形制御を目標として研究を推進する.カーボンナノホーンを単分子テンプレートとして用いるアプローチに加えて,今年度明らかになった二次元表面と結晶化分子との相互作用による核形成のコントロールも発展させ,医薬創製や有機デバイスの高効率化につながる多形制御法の確立を目指す.

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

消耗品購入の予定額よりも安価に購入できたことによる差分が生じた.
研究遂行を加速する為の消耗品購入費用として使用する.

  • Research Products

    (8 results)

All 2014 2013 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (5 results) (of which Invited: 2 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Formation of a Polycrystalline Film of Donor Material on PEDOT:PSS Buffer Induced by Crystal Nucleation2014

    • Author(s)
      K. Harano, S. Okada, S. Furukawa, H. Tanaka, E. Nakamura
    • Journal Title

      J. Polym. Sci. Pol. Phys.

      Volume: 52 Pages: 833-841

    • DOI

      10.1002/polb.23493

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Enhanced Nucleation in Thin Films of Organic Donor Materials on PEDOT:PSS2014

    • Author(s)
      OKADA Satoshi, FURUKAWA Shunsuke, TANAKA Hideyuki, HARANO Koji, NAKAMURA Eiichi
    • Organizer
      日本化学会第94春季年会
    • Place of Presentation
      名古屋大学(愛知県)
    • Year and Date
      20140327-20140330
  • [Presentation] Understanding and controlling heterogeneous nucleation of organic crystals2014

    • Author(s)
      Koji Harano
    • Organizer
      The 1st CMS International Symposium "New Waves in Self-Assembly for Optical/Electronic Functions"
    • Place of Presentation
      九州大学(福岡県)
    • Year and Date
      20140221-20140221
    • Invited
  • [Presentation] グラフェンを用いた表面改質による有機半導体結晶のモルフォロジー制御2013

    • Author(s)
      原野幸治,岡田賢,田中秀幸,古川俊輔,中村栄一
    • Organizer
      第22回有機結晶シンポジウム
    • Place of Presentation
      北海道大学(北海道)
    • Year and Date
      20131030-20131101
  • [Presentation] 単分子をテンプレートとした有機結晶の不均一核形成2013

    • Author(s)
      原野幸治,本間達也,新見佳子,越野雅至,末永和知,LEIBLER Ludwik,中村栄一
    • Organizer
      第24回基礎有機化学討論会
    • Place of Presentation
      学習院大学(東京都)
    • Year and Date
      20130905-20130907
  • [Presentation] Nucleation of Organic Crystals Mediated by Single-Molecule Templates2013

    • Author(s)
      Koji Harano
    • Organizer
      Gordon Research Conference: Thin Film & Crystal Growth Mechanism
    • Place of Presentation
      Biddeford, USA
    • Year and Date
      20130607-20130612
    • Invited
  • [Remarks] Curriculum Vitae, Koji Harano

    • URL

      http://www.chem.s.u-tokyo.ac.jp/users/common/member/CV_harano.pdf

  • [Remarks] 東京大学 大学院理学系研究科化学専攻 物理有機化学研究室

    • URL

      http://www.chem.s.u-tokyo.ac.jp/users/common/NakamuraLab.html

URL: 

Published: 2015-05-28  

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