光熱変換反応を利用した pn ヘテロ接合薄膜の作製に関する研究

• 研究課題/領域番号: 15K05639
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 高分子・繊維材料
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 川本 益揮 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (70391927)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2017年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2016年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2015年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
• キーワード: 機能性高分子 / ポリチオフェン / 熱脱離反応 / ウエットプロセス / ヘテロ接合 / カーボンナノチューブ / 光電変換 / 熱電変換 / 集合体形成 / エネルギー変換 / クロミズム / ナノ粒子 / 光熱変換 / ナノ構造体 / 機能材料 / サーモクロミズム / キラリティー / パイ共役ポリマー

研究成果の概要

水中で自発的にpnヘテロ接合を形成する，水溶性ポリチオフェン/フラーレンナノ粒子/単層カーボンナノチューブ (SWCNT) 三元ナノコンポジットの作製に成功した。ウエットプロセスで成膜したナノコンポジットフィルムは，擬似太陽光による光電変換能を示した。
SWCNT の溶媒への分散化が可能な熱脱離性ポリチオフェンを開発した。分散液より得られたポリチオフェン/SWCNT ナノコンポジットフィルムは，可溶部位の熱脱離反応によって，溶媒に不溶なフィルムとなった。溶媒蒸発法を用い，基板フリー熱電変換フィルムの作製に成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

混ぜるだけで自発的に pnヘテロ接合を形成するナノコンポジットの作製に成功した。また，生体，環境に無害な水を用いて，エネルギー変換素子を作製することができた。クリーンウエットプロセスによる素子作製への展開が期待できる。
可溶部位の熱脱離反応によって溶媒に不溶な膜へと変換するパイ共役ポリマーの開発に成功した。また，SWCNT との複合化と溶媒蒸発法を組み合わせ，フリースタンディングフィルムを得る新手法を開発した。本成果は，フレキシブル熱電変換材料の開発に有用である。

研究成果

• [雑誌論文] Noncovalent Modi-cation of Single-Walled Carbon Nanotubes Using Thermally Cleavable Polythiophenes for Solution-Processed Thermoelectric Films (2019)
  • 著者名/発表者名: Pan He, Satoshi Shimano, Krishnachary Salikolimi, Takashi Isoshima, Yohei Kakefuda, Takao Mori, Yasujiro Taguchi, Yoshihiro Ito, and Masuki Kawamoto
  • 雑誌名: ACS Appl. Mater. Interfaces 巻: 11 号: 4 ページ: 4211-4218
  • DOI: 10.1021/acsami.8b14820
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Thiophene-Conjugated Ligand Probe for Non-Enzymatic Turn-On Electrochemical Protein Detection (2018)
  • 著者名/発表者名: Krishnachary Salikolimi, Hideyuki Miyatake, Toshiro Aigaki, Masuki Kawamoto, and Yoshihiro Ito
  • 雑誌名: Anal. Chem. 巻: 90 号: 19 ページ: 11179-11182
  • DOI: 10.1021/acs.analchem.8b03006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Controlled Quercetin Release from High-capacity Loading Hyperbranched Polyglycerol-functionalized Graphene Oxide (2018)
  • 著者名/発表者名: Matin Islami, Ali Zarrabi, Seiichi Tada, Masuki Kawamoto, Takashi Isoshima, and Yoshihiro Ito
  • 雑誌名: Int. J. Nanomed. 巻: 13 ページ: 6059-6071
  • DOI: 10.2147/ijn.s178374
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Light-driven molecular switching of atropisomeric polymers containing azo-binaphthyl groups in their side chains (2018)
  • 著者名/発表者名: Hassan Fathy、Sassa Takafumi、Hirose Takuji、Ito Yoshihiro、Kawamoto Masuki
  • 雑誌名: Polymer Journal 巻: 印刷中 号: 6 ページ: 455-465
  • DOI: 10.1038/s41428-018-0034-x
  • NAID: 40021555454
  • 査読あり
• [雑誌論文] One-pot heterocyclic ring closure of 1,1′-bi-2-naphthol to 7 H -dibenzo[ c , g ]carbazole (2018)
  • 著者名/発表者名: Hassan Fathy、Kawamoto Masuki、Salikolimi Krishnachary、Hashizume Daisuke、Hirose Takuji、Ito Yoshihiro
  • 雑誌名: Tetrahedron Letters 巻: 59 号: 2 ページ: 99-102
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2017.11.054
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Aqueous Dispersion of Carbon Nanotubes Using Nanoparticle-Formed Fullerenes and Self-Assembled Formation of p/n Heterojunctions with Polythiophene (2017)
  • 著者名/発表者名: Li Zha、He Pan、Chong Hui、Furube Akihiro、Seki Kazuhiko、Yu Hsiao-hua、Tajima Keisuke、Ito Yoshihiro、Kawamoto Masuki
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 2 号: 4 ページ: 1625-1632
  • DOI: 10.1021/acsomega.7b00175
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Green Processing of Carbon Nanomaterials (2017)
  • 著者名/発表者名: Masuki Kawamoto, Pan He, and Yoshihiro Ito
  • 雑誌名: Adv. Mater. 巻: 印刷中 号: 25
  • DOI: 10.1002/adma.201602423
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polythiophene Nanoparticles that Display Reversible Multichromism in Aqueous Media (2017)
  • 著者名/発表者名: Krishnachary Salikolimi, Masuki Kawamoto, Pan He, Toshiro Aigaki, and Yoshihiro Ito
  • 雑誌名: Polym. J. 巻: 印刷中 号: 5 ページ: 429-437
  • DOI: 10.1038/pj.2017.5
  • NAID: 40021175384
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synthesis of poly(acryl amide) containing indolo[3,2-<i>b</i>]carbazole moiety in the side chain (2016)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Mimura, Masuki Kawamoto, and Yu Nagase
  • 雑誌名: Transactions of the Materials Research Society of Japan 巻: 41 号: 2 ページ: 189-192
  • DOI: 10.14723/tmrsj.41.189
  • NAID: 130005155993
  • ISSN: 1382-3469, 2188-1650
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular Design of Azo-carbazole Monolithic Dyes for Updatable Full-colour Holograms (2016)
  • 著者名/発表者名: Kenji Kinashi, Takahiro Fukami, Yuki Yabuhara, Satsuki Motoishi, Wataru Sakai, Masuki Kawamoto, and Takafumi Sassa, and Naoto Tsutsumi
  • 雑誌名: NPG Asia Mater. 巻: 8 号: 9 ページ: e311-e311
  • DOI: 10.1038/am.2016.136
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Updatable Holographic Diffraction of Monolithic Carbazole-Azobenzene Compound in Poly(methyl methacrylate) Matrix (2015)
  • 著者名/発表者名: Tsutsumi, Naoto; Kinashi, Kenji; Ogo, Kanako; Fukami, Takahiro; Yabuhara, Yuuki; Kawabe, Yutaka; Tada, Kazuhiro; Fukuzawa, Kodai; Kawamoto, Masuki; Sassa, Takafumi; Fujihara, Takashi; Sasaki, Takeo; Naka, Yumiko
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry C 巻: 119 号: 32 ページ: 18567-18572
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b04869
  • 査読あり
• [雑誌論文] Long-lived cis state of azocarbazole dye with strong acceptor highly doped in a polymer matrix (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshikawa, Toshio; Kawamoto, Masuki; Fujihara, Takashi; Tada, Kazuhiro; Sassa, Takafumi; Kawabe, Yutaka
  • 雑誌名: Journal of the Optical Society of America B: Optical Physics 巻: 32 号: 4 ページ: 622-627
  • DOI: 10.1364/josab.32.000622
  • 査読あり
• [学会発表] Highly Aqueous Dispersion of SWCNTs Using a Functional Redox Polymer for Electrochemical Biosensors (2019)
  • 著者名/発表者名: Hsiu-Pen Lin, Jun Akimoto, Yaw-Kuen Li, Yoshihiro Ito, and Masuki Kawamoto
  • 学会等名: 第28回インテリジェント・ナノ材料シンポジウム
• [学会発表] Amperometric Glucose Sensor Based on Aqueous-dispersed Single-walled Carbon Nanotubes Wrapped with a Redox Polymer (2018)
  • 著者名/発表者名: Hsiu-Pen Lin, Jun Akimoto, Yaw-Kuen Li, Yoshihiro Ito, and Masuki Kawamoto
  • 学会等名: 2018 RIKEN-NCTU: CEMSupra The sixth RIKEN-NCTU Symposium on Physical And Chemical Science & CEMS international Workshop on Supramolecular Chemistry And Functional Materials
  • 国際学会
• [学会発表] Amperometric Glucose Sensor Based on Aqueous-dispersed Single-walled Carbon Nanotubes Wrapped with a Redox Polymer (2018)
  • 著者名/発表者名: Hsiu-Pen Lin, Jun Akimoto, Yaw-Kuen Li, Yoshihiro Ito, and Masuki Kawamoto
  • 学会等名: 第67回高分子学会年次大会
• [学会発表] One-pot Synthesis of 7H-dibenzo[c,g]carbazole using Heterocyclic Ring Closure of 1,1'-Bi-2-naphthol (2018)
  • 著者名/発表者名: Fathy Hassan, Masuki Kawamoto, Krishnachary Salikolimi, Daisuke Hashizume, Takuji Hirose, Yoshihiro Ito
  • 学会等名: CEMS International Symposium on Supramolecular Chemistry and Functional Materials 2018 (CEMSupra 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] ジベンゾカルバゾールの高効率合成法の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 川本益揮，伊藤嘉浩
  • 学会等名: nano tech 2018 国際ナノテクノロジー 総合展・技術会議
• [学会発表] Development of Polythiophene Nanoparticles Showing Reversible Multi-Chromic Response in Aqueous Media (2017)
  • 著者名/発表者名: Krishnachary Salikolimi, Masuki Kawamoto, Pan He, Toshiro Aigaki, Yoshihiro Ito
  • 学会等名: 9th International Conference on Molecular Electronics and Bioelectronics
  • 国際学会
• [学会発表] Syntheses and Photonic Property of Polyamides Containing Indolo[3,2-b]carbazole Moiety (2017)
  • 著者名/発表者名: Rei Oikawa, Ryota Ueno, Masuki Kawamoto, Yu Nagase
  • 学会等名: The 15th Pacific Polymer Conference (PPC-15)
  • 国際学会
• [学会発表] Development of Electrochemical Thiophene Probes for Quantitative Detection of Proteins (2017)
  • 著者名/発表者名: Krishnachary Salikolimi, Hideyuki Miyatake, Yoshihiro Ito, and Masuki Kawamoto
  • 学会等名: 第 66 回高分子討論会
• [学会発表] Reversible Multichromic Polythiophene Nanoparticles (2016)
  • 著者名/発表者名: Masuki Kawamoto, Krishnachary Salikolimi, Pan He, Toshiro Aigaki, Yoshihiro Ito
  • 学会等名: 2016 International Workshop on Supramolecular Chemistry & Functional Materials
  • 発表場所: ホテル日進館（群馬県吾妻郡）
  • 年月日: 2016-12-04
  • 国際学会
• [学会発表] Development of Azo-binaphthyl Polymers for Holographic Imaging (2016)
  • 著者名/発表者名: Fathy Hassan, Takuji Hirose, Yoshihiro Ito, and Masuki Kawamoto
  • 学会等名: 2016 International Workshop on Supramolecular Chemistry & Functional Materials
  • 発表場所: ホテル日進館（群馬県吾妻郡）
  • 年月日: 2016-12-04
  • 国際学会
• [学会発表] Indolo[3,2-b]carbazole 残基を主鎖と側鎖に含有するポリアミドの合成と物性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 及川嶺，上野凌太，川本益揮，長瀬 裕
  • 学会等名: 第 65 回高分子討論会
  • 発表場所: 神奈川大学横浜キャンパス（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2016-09-14
• [学会発表] Photoresponsive behavior of axially chiral azobenzene polymers (2016)
  • 著者名/発表者名: Fathy Hassan, Takuji. Hirose, Yoshihiro Ito, and Masuki Kawamoto
  • 学会等名: 第 65 回高分子討論会
  • 発表場所: 神奈川大学横浜キャンパス（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2016-09-14
• [学会発表] Multi-Chromic Response of Polythiophene Nanoparticles in Aqueous Media (2016)
  • 著者名/発表者名: Krishnachary Salikolimi, Pan He, Toshiro Aigaki, Yoshihiro Ito, and Masuki Kawamoto
  • 学会等名: 第 65 回高分子討論会
  • 発表場所: 神奈川大学横浜キャンパス（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2016-09-14
• [学会発表] ナノマテリアルを用 いたエネルギー変換材料 (2016)
  • 著者名/発表者名: 川本益揮
  • 学会等名: 第 11 回バイオものづくりシンポジウム
  • 発表場所: 理化学研究所（埼玉県和光市）
  • 年月日: 2016-03-04
  • 招待講演
• [学会発表] Synthesis and Characterization of Polythiophene Derivatives Containing Thermocleavable and Solubilizing Groups (2016)
  • 著者名/発表者名: Pan He, Krishnachary Salikolimi, Takashi Isoshima, Yoshihiro Ito, and Masuki Kawamoto
  • 学会等名: CEMS International Symposium on Supramolecular Chemistry and Functional Materials 2016 (CEMSupra 2016)
  • 発表場所: 東京大学（東京都文京区）
  • 年月日: 2016-01-13
  • 国際学会
• [学会発表] Multi-chromic Polymer Nanoparticles Composed of a Polythiophene Derivative in Aqueous Media (2016)
  • 著者名/発表者名: Krishnachary Salikolimi, Toshiro Aigaki, Yoshihiro Ito, and Masuki Kawamoto
  • 学会等名: CEMS International Symposium on Supramolecular Chemistry and Functional Materials 2016 (CEMSupra 2016)
  • 発表場所: 東京大学（東京都文京区）
  • 年月日: 2016-01-13
  • 国際学会
• [学会発表] Synthesis of Novel Indolo[3,2-b]carbazole Derivatives Containing Azo Component and the Halochromism Property (2016)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Mimura, Masuki Kawamoto, and Yu Nagase
  • 学会等名: CEMS International Symposium on Supramolecular Chemistry and Functional Materials 2016 (CEMSupra 2016)
  • 発表場所: 東京大学（東京都文京区）
  • 年月日: 2016-01-13
  • 国際学会
• [学会発表] Synthesis and Characterizations of Polycondensation-type Polymers Containing indolo[3,2-b]carbazole moiety in main-chain or side-chain (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryota Ueno, Takaaki Yoshii, Tomoki Mimura, Masuki Kawamoto, and Yu Nagase
  • 学会等名: CEMS International Symposium on Supramolecular Chemistry and Functional Materials 2016 (CEMSupra 2016)
  • 発表場所: 東京大学（東京都文京区）
  • 年月日: 2016-01-13
  • 国際学会
• [学会発表] Development of Azo-binaphthyl Polymers for Holographic Imaging (2016)
  • 著者名/発表者名: Fathy Hassan, Takuji Hirose, Yoshihiro Ito, and Masuki Kawamoto
  • 学会等名: 第 28 回高分子学会埼玉地区懇話会
  • 発表場所: 国立研究開発法人理化学研究所（埼玉県和光市）
• [学会発表] Self-assembled Polythiophene-Fullerene-Single-Walled Carbon Nanotube Ternary Nanocomposites Showing pn Heterojunction (2015)
  • 著者名/発表者名: Masuki Kawamoto, Zha Li, Akihiro Furube, Kazuhiko Seki, Keisuke Tajima, and Yoshihiro Ito
  • 学会等名: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015 (Pacifichem 2015)
  • 発表場所: Hawaii Convention Center, Honolulu, U.S.A.
  • 年月日: 2015-12-18
  • 国際学会
• [学会発表] Multi-Chromic Polymer Nanoparticles Composed of a Polythiophene Derivative in Aqueous Media (2015)
  • 著者名/発表者名: Krishnachary Salikolimi, Pan He, Zha Li, Toshiro Aigaki, Yoshihiro Ito, and Masuki Kawamoto
  • 学会等名: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015 (Pacifichem 2015)
  • 発表場所: Hawaii Convention Center, Honolulu, U.S.A.
  • 年月日: 2015-12-18
  • 国際学会
• [学会発表] Synthesis and characterizations of polyamides and polyimides indolo[3,2-b]carbazole moiety in main-chain or side-chain (2015)
  • 著者名/発表者名: Ryota Ueno, Takaaki Yoshii, Tomoki Mimura, Yu Nagase, and Masuki Kawamoto
  • 学会等名: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015 (Pacifichem 2015)
  • 発表場所: Hawaii Convention Center, Honolulu, U.S.A.
  • 年月日: 2015-12-16
  • 国際学会
• [学会発表] Synthesis and characterizations of pendant type poly(acryl amide) containing indolo[3,2-b]carbazole moiety (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Mimura, Masuki Kawamoto, and Yu Nagase
  • 学会等名: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015 (Pacifichem 2015)
  • 発表場所: Hawaii Convention Center, Honolulu, U.S.A.
  • 年月日: 2015-12-16
  • 国際学会
• [学会発表] ポリチオフェンナノ粒子の水中における多刺激クロミズム (2015)
  • 著者名/発表者名: 川本益揮
  • 学会等名: 第 25 回日本 MRS 年次大会
  • 発表場所: 波止場会館（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2015-12-09
  • 招待講演
• [学会発表] アゾ基含有インドロカルバゾール誘導体の合成とクロミズム特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 三村智紀・川本益揮・長瀬 裕
  • 学会等名: 第 25 回日本 MRS 年次大会
  • 発表場所: 横浜市海港記念館（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2015-12-09
• [学会発表] クロミズム特性を示すアゾ基含有インドロカルバゾール誘導体の合成と物性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 三村智紀・川本益揮・長瀬 裕
  • 学会等名: 第5回 CSJ 化学フェスタ 2015
  • 発表場所: タワーホール船堀（東京都江戸川区）
  • 年月日: 2015-10-15
• [学会発表] Thermocleavable Polythiophenes Containing Functional Leaving Groups (2015)
  • 著者名/発表者名: Pan He, Krishnachary Salikolimi, Zha Li, Takashi Isoshima, Yoshihiro Ito, and Masuki Kawamoto
  • 学会等名: 第 64 回高分子討論会
  • 発表場所: 東北大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2015-09-15
• [学会発表] アゾベンゼン分散 PMMA 膜における光誘起屈折率の緩和機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐々高史・川本益揮・磯島隆史・清水智樹・藤原 隆・木下岳司・石橋幸治
  • 学会等名: 第 76 回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] アゾ基含有インドロカルバゾール誘導体の合成とクロミズム特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 三村智紀・川本益揮・長瀬 裕
  • 学会等名: Tune第5回学術講演会
  • 発表場所: 東海大学（神奈川県平塚市）
  • 年月日: 2015-08-25
• [学会発表] Aqueous Processing for Photoelectric Conversion Materials (2015)
  • 著者名/発表者名: Masuki Kawamoto
  • 学会等名: RIKEN-KNU Partnership Symposium
  • 発表場所: 理化学研究所（埼玉県和光市）
  • 年月日: 2015-07-27
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of Single-Walled Carbon Nanotube-Based Composites from an Aqueous Solution Containing the Peptide Aptamer Below the Critical Micelle Concentration (2015)
  • 著者名/発表者名: Zha Li, Tomoshi Kameda, Takashi Isoshima, Yoshihiro Ito, Masuki Kawamoto
  • 学会等名: 8th International Conference on Molecular Electronics and Bioelectronics (M&BE8)
  • 発表場所: タワーホール船堀（東京都江戸川区）
  • 年月日: 2015-06-22
  • 国際学会
• [学会発表] インドロカルバゾールを主鎖に含有するポリアミドの合成と物性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 上野凌太・中間秀征・吉井孝彰・三村智紀・川本益揮・長瀬裕
  • 学会等名: 第 64 回高分子年次大会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市）
  • 年月日: 2015-05-28
• [学会発表] インドロカルバゾール成分を含むポリアクリルアミドの合成と物性評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 三村智紀・川本益揮・長瀬 裕
  • 学会等名: 第 64 回高分子年次大会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市）
  • 年月日: 2015-05-27
• [学会発表] Development of Self-assembled Nanoparticles Composed of a Conjugated Polymer Showing Dual Chromic Response (2015)
  • 著者名/発表者名: Krishnachary Salikolimi, Pan He, Zha Li, Toshiro Aigaki, Masuki Kawamoto, and Yoshihiro Ito
  • 学会等名: 第 64 回高分子年次大会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市）
  • 年月日: 2015-05-27
• [図書] Photochemistry for Biomedical Applications（分担） (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiro Ito (editor)
  • 総ページ数: 313
  • 出版者: Springer Nature Singapore Pte Ltd.
  • ISBN: 9789811301513
• [産業財産権] カルバゾール誘導体及びビフェニル誘導体の製造方法並びに新規ビフェニル誘導体 (2018)
  • 発明者名: 川本益揮，伊藤嘉浩
  • 権利者名: 川本益揮，伊藤嘉浩
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2018
• [産業財産権] カルバゾール誘導体及びビフェニル誘導体の製造方法並びに新規ビフェニル誘導体 (2017)
  • 発明者名: 川本益揮，伊藤嘉浩
  • 権利者名: 川本益揮，伊藤嘉浩
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2017