ナノメートルサイズの電極基板上の化学修飾を利用した光並びに電子デバイスの開発

• Project Area: Molecular Architectonics: Orchestration of Single Molecules for Novel Function
• Project/Area Number: 16H00958
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 山野井 慶徳 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (20342636)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2017: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2016: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: ナノ電極 / PSI / 金ナノ粒子 / 有機EL / 生体分子 / 分子細線 / リソグラフィー / PSII / 光電流 / ケイ素

Outline of Annual Research Achievements

PSI－分子ワイヤ－金ナノ粒子－金ナノ電極の光応答性について調査した。具体的には修飾ナノ電極を犠牲試薬（アスコルビン酸ナトリウム）、メディエーター（DCIP）、界面活性剤（ヘキシルアミン、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム）の存在下、680 nmの赤色光を照射して、電位変化を測定した。この段階では信号が微弱なため、グラフェンFET上にPSI－分子ワイヤ－金ナノ粒子のユニットを固定化し、光応答性を調査した。まず、グラフェンFETは東京農工大の前橋グループと共同研究を通して数十ナノメートル程度の平滑な基板を調製した。次にピレン骨格とナフトキノン部位を有する分子を合成し基板上にパイスタックを活用して固定した。次にPSIを単分子膜で固定化できるように時間、条件を振りながら最適条件を探索した。最終的には基板上に数分子程度のPSIが固定化した基板を作成した。680nmの光を照射したところ、金ナノ電極の場合と比較し、光応答性が向上した。引き続き、再現性の確認や感度向上の検討を行っている。本研究を通して室温で少数フォトンが検出システムを構築する基盤研究に成功した。本成果の一部はChem.Lett.に投稿した。
合わせて、環状有機ケイ素化合物（ジシラン架橋[2.2]シクロファン類）をパラジウム触媒を用いた手法で合成し、東京大学の田代グループと共同で温度変化による分子運動の観察を、大阪大学の多田グループと共同で真空蒸着による薄膜化並びに有機EL化を行った。本成果はJ.Am.Chem.Soc.に投稿した。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Multifunctional Octamethyltetrasila[2.2]cyclophanes: Conformational Variations, Circularly Polarized Luminescence, and Organic Electroluminescence (2017)
  • Author(s): Shimada Masaki、Yamanoi Yoshinori、Ohto Tatsuhiko、Pham Song-Toan、Yamada Ryo、Tada Hirokazu、Omoto Kenichiro、Tashiro Shohei、Shionoya Mitsuhiko、Hattori Mineyuki、Jimura Keiko、Hayashi Shigenobu、Koike Hikaru、Iwamura Munetaka、Nozaki Koichi、Nishihara Hiroshi
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 139 Issue: 32 Pages: 11214-11221
  • DOI: 10.1021/jacs.7b05671
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Photochemical Hydrogen Evolution System Combining Cyanobacterial Photosystem I and Platinum Nanoparticle-terminated Molecular Wires (2017)
  • Author(s): Miyachi Mariko、Okuzono Kyoko、Nishiori Daiki、Yamanoi Yoshinori、Tomo Tatsuya、Iwai Masako、Allakhverdiev Suleyman I.、Nishihara Hiroshi
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 46 Issue: 10 Pages: 1479-1481
  • DOI: 10.1246/cl.170576
  • NAID: 130006140067
  • ISSN: 0366-7022, 1348-0715
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Unusual reactivity of group 14 hydrides toward organic halides: synthetic studies and application to functional materials (2016)
  • Author(s): Shimada, M.; Yamanoi, Y.;* Nishihara, H.*
  • Journal Title: J. Synth. Org. Chem. Jpn. Volume: 74 Pages: 1098-1107
  • NAID: 130005433324
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Fluorescence and phosphorescence of a series of silicon-containing six-membered-ring molecules (2016)
  • Author(s): T. Nakashima, M. Shimada, Y. Kurihara, M. Tsuchiya, Y. Yamanoi, E. Nishibori, K. Sugimoto, H. Nishihara
  • Journal Title: J. Organomet. Chem. Volume: 805 Pages: 27-33
  • DOI: 10.1016/j.jorganchem.2015.12.042
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bright Solid-State Emission of Disilane-Bridged Donor-Acceptor-Donor and Acceptor-Donor-Acceptor Chromophores (2016)
  • Author(s): M. Shimada, M. Tsuchiya, R. Sakamoto, Y. Yamanoi, E. Nishibori, K. Sugimoto, H. Nishihara
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 55 Issue: 9 Pages: 3022-3026
  • DOI: 10.1002/anie.201509380
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cross-Sectional TEM Analysis of an ITO Surface Coated with Photosystem I and Molecular Wires (2016)
  • Author(s): Miyachi, M.; Yamanoi, Y.;* Tomo, T.; Nishihara, H.*
  • Journal Title: J. Inorg. Organomet. Polym. Mater. Volume: 2016 Issue: 6 Pages: 1309-1312
  • DOI: 10.1007/s10904-016-0396-5
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Effective Method for Micro-Patterning Arene-Terminated Monolayers on a Si(111) Electrode (2016)
  • Author(s): Yoshinori Yamanoi, Tetsuhiro Kobayashi, Hiroaki Maeda, Mariko Miyachi, Masato Ara, Hirokazu Tada, and Hiroshi Nishihara
  • Journal Title: Langmuir Volume: 32 Issue: 27 Pages: 6825-6829
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.6b01370
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 不斉ケイ素原子をもつ化合物の効率的合成法の開発とその光物性 (2016)
  • Author(s): 古賀信哉・植木修平・島田真樹・山野井慶徳・湯浅順平・河合壯・打田孝明・岩村宗高・野﨑浩一・西原寛
  • Organizer: 第20回ケイ素化学協会シンポジウム
  • Place of Presentation: 安芸グランドホテル（広島県廿日市市）
  • Year and Date: 2016-10-07
• [Book] "Modification of Electrode Interfaces with Nanosized Materials for Electronic Applications" In "Molecular Architectonics: The Third Stage of Single Molecule Electronics" (2017)
  • Author(s): Yamanoi, Y.;* Miyachi, M.; Nishihara, H.*
  • Total Pages: 539
  • Publisher: Springer
• [Remarks] 東京大学理学部化学科
  • URL: https://www.chem.s.u-tokyo.ac.jp/
• [Remarks] 東京大学大学院理学系研究科化学専攻無機化学研究室
  • URL: https://www.chem.s.u-tokyo.ac.jp/~inorg/