配向が制御された内外修飾カーボンナノチューブによるデバイス作製

• 研究領域: カーボンナノチューブナノエレクトロニクス
• 研究課題/領域番号: 22016006
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 梅山 有和 京都大学, 工学研究科, 助教 (30378806)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 2,300千円 (直接経費: 2,300千円); 2011年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 2010年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
• キーワード: ナノチューブ / フラーレン / ピーポッド / 化学修飾 / 太陽電池 / 過渡呼吸分光 / ポルフィリン / 蛍光寿命 / 過渡吸収分光 / ポリチオフェン

研究概要

本研究では、カーボンナノチューブ(CNT)を足場としてフラーレンを配列させ、それを光電変換材料に用いることを目的としてる。平成23年度は、有機薄膜太陽電池光活性層における電子アクセプターとして広く用いられるフラーレンC_<60>を内包した単層カーボンナノチューブ(C_<60>@SWNT)と、電子ドナーとして広く用いられるポルフィリン(ZnP)とを共有結合で連結した複合体(C_<60>@SWNT-ZnP)を作製し、その励起状態挙動および光電気化学特性を詳細に検討した。
420nmの励起光を用い、C_<60>@SWNT-ZnPの過渡吸収スペクトル測定を行ったところ、0.4および24ピコ秒の寿命を有する減衰成分と、2ナノ秒以上の長寿命の成分が観測された。それぞれ、C60@SWNT部位の基底状態のブリーチング、ZnPとSWNTもしくはC_<60>@SWNTが形成するエキシプレックス、ポルフィリンラジカルカチオンに帰属され、C60@SWNT-ZnPにおいて光励起により電荷分離が起こることがわかった。これは、空のSWNTとZnPとの複合体では電荷分離が起こらないのと対照的であり、内部空間への分子ドーピングによりSWNTの電子的物性が制御できることが示された。また、C_<60>@SWNT-ZnPを酸化スズ電極上に薄膜化し、その光電気化学特性を調べたところ、小さいながらもポルフィリンの吸収による光電流の発生が確認された。これは、電荷分離状態が形成されていることを示唆する過渡吸収測定の結果と一致する。

研究成果

• [雑誌論文] Thermal Conversion of Precursor Soluble Polymer to Insoluble Low Bandgap Conjugated Polymers Containing Isothianaphthene Dimer Subunits (2012)
  • 著者名/発表者名: 梅山有和、広瀬公平、野田啓、松重和美、宍戸哲也、林宏暢、俣野善博、小野昇、今堀博
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 116 号: 1 ページ: 1256-1264
  • DOI: 10.1021/jp208775x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and Photovoltaic Properties of Conjugated Polymer Based on 1,3,4-Thiadiazole Unit (2012)
  • 著者名/発表者名: T.Umeyama, E.Douvogianni, H.Imahori
  • 雑誌名: Chem.Lett. 巻: 41 号: 4 ページ: 354-356
  • DOI: 10.1246/cl.2012.354
  • NAID: 10030544305
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation and Photophysical and Photoelectrochemical Properties of Covalently Fixed Porphyrin-Chemically Converted Graphene Composite (2012)
  • 著者名/発表者名: T.Umeyama, J.Mihara, N.Tezuka, Y.Matano, K.Stranius, V.Chukharev, N.V.Tkachenko, H.Lemmetyinen, K.Noda, K.Matsushige, T.Shishido, Z.Liu, K.Hirose-Takai, K.Suenaga, H.Imahori
  • 雑誌名: Chem.Eur.J. 巻: 18 号: 14 ページ: 4250-4257
  • DOI: 10.1002/chem.201103843
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-Assembling Porphyrins and Phthalocyanines for Photoinduced Charge Separation and Charge Transport (2012)
  • 著者名/発表者名: H.Imahori, T.Umeyama, K.Kurotobi, Y.Takano
  • 雑誌名: Chem.Commun. 巻: 48 号: 34 ページ: 4032-4045
  • DOI: 10.1039/c2cc30621b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced Photocurrent Generation bySemiconducting Single Walled Carbon Nanotube Enriched Thin Film (2011)
  • 著者名/発表者名: L. Wei, N. Tezuka, T. Umeyama, H. Imahori, and Y. Chen
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 3 号: 4 ページ: 1845-1849
  • DOI: 10.1039/c0nr00986e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Carbon Nanotube Wiring of Donor-Acceptor Nanograins by Self-Assembly and Efficient Charge Transport (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Umeyama, N. Tezuka, F. Kawashima, S. Seki, Y. Matano, Y. Nakao, T. Shishido, M. Nishi, K. Hirao, H. Lehtivuori, N. V. Tkachenko, H. Lemmetyinen, and H. Imahori
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 50 号: 20 ページ: 4615-4619
  • DOI: 10.1002/anie.201007065
  • 査読あり
• [雑誌論文] Density Functional Theory Studies on Chemical Functionalization of Single-Walled Carbon Nanotubes by Bingel Reaction (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Umeyama, H.Fueno, E.Kawabata, Y.Kobayashi, K.Tanaka, N.Tezuka, Y.Matano, H.Imahori
  • 雑誌名: Bull.Chem.Soc.J. 巻: 84 号: 7 ページ: 748-753
  • DOI: 10.1246/bcsj.20100326
  • NAID: 130004152944
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron Transfer Cascade by Organic/Inorganic Ternary Composites of Porphyrin, Zinc Oxide Nanoparticles, and Reduced Graphene Oxideon a Tin Oxide Electrode that Exhibits Efficient Photocurrent Generation (2011)
  • 著者名/発表者名: 林宏暢、Ian V.Lightcap、辻本将彦、高野幹夫、梅山有和、Prashant V.Kamat、今堀博
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 133 号: 20 ページ: 7684-7687
  • DOI: 10.1021/ja201813n
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and Photovoltaic Properties of Thiophene-Imide-Fused Thiophene Alternating Copolymers with Different Alkyl Side Chains (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Umeyama, M.Oodoi, O.Yoshikawa, T.Sagawa, S.Yoshikawa, D.Evgenia, N.Tezuka, Y.Matano, K.Stranius, N.V.Tkachencko, H.Lemmetyinen, H.Imahori
  • 雑誌名: J.Mater.Chem. 巻: 21 ページ: 12454-12461
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical, Electrochemical, and Photovoltaic Effects of an Electron-Withdrawing Tetrafluoro phenylene Bridge in a Push-Pull Porphyrin Sensitizer used for Dye-Sensitized Solar Cells (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Simon, H. Iijima, Y. Toude, T. Umeyama, Y. Matano, S. Ito, N. V. Tkachenko, H. Lemmetyinen, and H. Imahori
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 115 号: 29 ページ: 14415-14424
  • DOI: 10.1021/jp2030208
  • 査読あり
• [雑誌論文] Segregated Donor □ Acceptor Columns in Liquid Crystals That Exhibits Highly Efficient Ambipolar Charge Transport (2011)
  • 著者名/発表者名: 林宏暢、二橋亘、梅山有和、俣野善博、関修平、清水洋、今堀博
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 133 号: 28 ページ: 10736-10739
  • DOI: 10.1021/ja203822q
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bisquinoxaline-Fused Porphyrins for Dye-Sensitized Solar Cells (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Imahori, H.Iijima, H.Hayashi, Y.Toude, T.Umeyama, Y.Matano, S.Ito
  • 雑誌名: ChemSusChem 巻: 4 号: 6 ページ: 797-805
  • DOI: 10.1002/cssc.201100029
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of Fullerene Encapsulation on Structure and Photophysical Properties of Porphyrin-Linked Single-Walled Carbon Nanotubes (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Umeyama, J.Mihara, H.Hayashi, N.Kadota, V.Chukharev, N.V.Tkachenko, H.Lemmtyinen, K.Yoshida, S.Isoda, M.Takano, H.Imahori
  • 雑誌名: Chem.Comm. 巻: 47 ページ: 11781-11783
  • NAID: 120004996206
  • 査読あり
• [雑誌論文] 光電変換機構と新材料設計 (2011)
  • 著者名/発表者名: 梅山有和、今堀博
  • 雑誌名: オプトロニクス 巻: 354 ページ: 104-109
• [雑誌論文] Photophysics and Photoelectrochemical Properties of Nanohybrids Consisting of Fullerene-Encapsulated Single-Walled Carbon Nanotubes and Poly-(3-hexylthiophene) (2011)
  • 著者名/発表者名: N.Tezuka, T.Umeyama, Y.Matano, T.Shishido, K.Yoshida, T.Ogawa, S.Isoda, K.Stranius, V.Chukharev, N.V.Tkachenko, H.Lemmetyinen, H.Imahori
  • 雑誌名: Energy & Environmental Science 巻: 4 ページ: 741-750
  • 査読あり
• [雑誌論文] J-Aggregation of a Sulfonated Amphiphilic Porphyrin at the Air-Water Interface as a Function of pH (2011)
  • 著者名/発表者名: G.de Miguel, K.Hosomizu, T.Umeyama, Y.Matano, H.Imahori, M.Perez-Morales, M.Martin-Romero, L.Camacho
  • 雑誌名: Journal of Colloid and Interface Science 巻: 356 ページ: 775-782
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stoichiometric Complexation of Supramolecular Composites for Organic Solar Cells Revealed by Solid-State NMR (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Kaji, H.Hayashi, T.Yamada, M.Ueda, S.Kang, T.Umeyama, Y.Matano, H.Imahori
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 98 ページ: 113301-113301
  • 査読あり
• [雑誌論文] 光電変換を指向したカーボンナノチューブ複合材料 (2011)
  • 著者名/発表者名: 梅山有和
  • 雑誌名: 未来材料 巻: 11 ページ: 30-35
• [雑誌論文] Selective Formation and Efficient Photocurrent Generation of [70]Fullerene-Single-Walled Carbon Nanotube Composites (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Umeyama, N.Tezuka, S.Seki, Y.Matano, M.Nishi, K.Hirao, H.Lehtivuori, N.V.Tkachenko, H.Lemmetyinen, Y.Nakao, S.Sakaki, H.Imahori
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 22 ページ: 1767-1770
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of meso-Diarylamino Group of Porphyrins as Sensitizers in Dye-Sensitized Solar Cells on Optical, Electrochemical, and Photovoltaic Properties (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Imahori, Y.Matsubara, H.Iijima, T.Umeyama, Y.Matano, S.Ito, M.Niemi, N.V.Tkachenko, H.Lemmetyinen
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry C 巻: 114 ページ: 10656-10665
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of π-Elongation and Fused Position of Quinoxaline-Fused Porphyrins as Sensitizers in Dye-Sensitized Solar Cells on Optical, Electrochemical, and Photovoltaic Properties (2010)
  • 著者名/発表者名: A.Kira, Y.Matsubara, H.Iijima, T.Umeyama, Y.Matano, S.Ito, M.Niemi, N.V.Tkachenko, H.Lemmetyinen, H.Imahori
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry C 巻: 114 ページ: 11293-11304
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dispersion of Carbon Nanotubes by Photo- and Thermal-Responsive Polymers Containing Azobenzene Unit in the Backbone (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Umeyama, K.Kawabata, N.Tezuka, Y.Matano, Y.Miyato, K.Matsushige, H.Imahori
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 46 ページ: 5969-5971
  • 査読あり
• [雑誌論文] Good Solvent Effects of C_<70> Cluster Formations and Their Electron-Transporting and Photoelectrochemical Properties (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Tezuka, T.Umeyama, Y.Matano, T.Shishido, M.Kawasaki, M.Nishi, K.Hirao, H.Lehtivuori, N.V.Tkachenko, H.Lemmetyinen, Y.Honsho, S.Seki, H.Imahori
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry B 巻: 114 ページ: 14827-14297
  • 査読あり
• [雑誌論文] 有機薄膜太陽電池のしくみと高効率化に向けたナノカーボン材料の活用 (2010)
  • 著者名/発表者名: 梅山有和
  • 雑誌名: 化学と教育 巻: 58 ページ: 308-309
• [雑誌論文] 光電変換素子材料としてのカーボンナノチューブ (2010)
  • 著者名/発表者名: 梅山有和
  • 雑誌名: 化学と工業 巻: 63 ページ: 742-742
  • NAID: 10026596777
• [学会発表] ポルフィリンを共有結合で修飾したフラーレンピーポッドの合成と光物性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 梅山有和、三原潤也、俣野善博、今堀博
  • 学会等名: 日本化学会第92春季年会
  • 発表場所: 慶応義塾大学、矢上キャンパス(神奈川県)
  • 年月日: 2012-03-27
• [学会発表] 光電変換機能を指向したナノカーボン複合材料 (2011)
  • 著者名/発表者名: 梅山有和
  • 学会等名: 第3回有機太陽遠地研究会
  • 発表場所: 和歌山大学(和歌山県)
  • 年月日: 2011-11-24
• [学会発表] ナノカーボン材料による光電変換機能 (2011)
  • 著者名/発表者名: 梅山有和、今堀博
  • 学会等名: 第60回高分子討論会
  • 発表場所: 岡山大学(岡山県)
  • 年月日: 2011-09-30
• [学会発表] Photocurrent Generation by Semiconducting Electrodes Modified with Nanocarbon Materials and Porphyrins (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Umeyama, H.Imahori
  • 学会等名: The 14th Asian Chemical Congress
  • 発表場所: バンコク(クイ)(招待講演)
  • 年月日: 2011-09-06
• [学会発表] フラーレンピーポッドーポリ(3-ヘキシルチオフェン)複合体の励起状態挙動および光電気化学特性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 梅山有和、手塚記庸、俣野善博、今堀博
  • 学会等名: 日本化学会第91春季年会
  • 発表場所: 神奈川大学
  • 年月日: 2011-03-28
• [学会発表] フラーレンピーポッドーポリ(3-ヘキシルチオフェン)複合体 (2011)
  • 著者名/発表者名: 梅山有和、手塚記庸、俣野善博、今堀博
  • 学会等名: 第40回フラーレン・ナノチューブ総合シンポジウム
  • 発表場所: 名城大学
  • 年月日: 2011-03-09
• [学会発表] 光電変換を目指したナノカーボン複合材料 (2011)
  • 著者名/発表者名: 梅山有和
  • 学会等名: 電子情報通信学会 電子デバイス研究会 特別ワークショップ 「ナノチューブ/グラフェンエレクトロニクス:成長からデバイス応用まで」
  • 発表場所: 首都大学東京(招待講演)
  • 年月日: 2011-03-07
• [学会発表] 光電荷分離・電荷輸送材料を指向した超分子化学 (2011)
  • 著者名/発表者名: 梅山有和
  • 学会等名: 超分子研究会 「電荷分離・電荷輸送を指向した超分子デザイン」
  • 発表場所: 大阪大学(招待講演)
  • 年月日: 2011-01-28
• [学会発表] Composites of Fullerenes and Functionalized Single-Walled Carbon Nanotubes (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Umeyama, H.Imahori
  • 学会等名: NMS-VI & FCPP-XX
  • 発表場所: 武漢、中国(招待講演)
  • 年月日: 2010-10-13
• [学会発表] フラーレン-カーボンナノチューブ複合材料 (2010)
  • 著者名/発表者名: 梅山有和、手塚記庸、俣野善博、今堀博
  • 学会等名: 第39回フラーレン・ナノチューブ総合シンポジウム
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2010-09-06
• [学会発表] Carbon Nanotube-Fullerene Composites for Novel Photoelectrochemical Devices (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Umeyama, N.Tezuka, Y.Matano, H.Imahori
  • 学会等名: IPS18
  • 発表場所: ソウル、韓国
  • 年月日: 2010-07-29
• [学会発表] Synthesis and Photovoltaic Properties of Porphyrin-Furan and-Thiophene Alternating Copolymers (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Umeyama, T.Takamatsu, N.Tezuka, Y.Matano, Y.Araki, T.Wada, O.Yoshikawa, T.Sagawa, S.Yoshikawa, H.Imahori
  • 学会等名: IPS18
  • 発表場所: ソウル、韓国
  • 年月日: 2010-07-26
• [学会発表] カーボンナノチューブ・フラーレン複合体の作製と光電気化学特性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 梅山有和、手塚記庸、俣野善博、今堀博
  • 学会等名: 第34回有機電子移動化学討論会
  • 発表場所: 大阪府立大学
  • 年月日: 2010-06-26
• [備考]
  • URL: http://www.moleng.kyoto-u.ac.jp/~moleng_05/umeyama.html
• [備考]
  • URL: http://www.moleng.kyoto-u.ac.jp/~moleng_05/umeyama.html
• [産業財産権] 光電変換素子 (2011)
  • 発明者名: 梅山有和、今堀博、三宅邦仁
  • 権利者名: 住友化学株式会社、国立大学法人京都大学
  • 産業財産権番号: 2011-216631
  • 出願年月日: 2011-09-30
• [産業財産権] 化合物および該化合物を用いてなる薄膜 (2011)
  • 発明者名: 梅山有和、今堀博、小野昇、三宅邦仁
  • 権利者名: 住友化学株式会社
  • 産業財産権番号: 2011-052689
  • 出願年月日: 2011-03-10
• [産業財産権] カーボンナノチューブ含有膜の製造方法、カーボンナノチューブ分散液 (2010)
  • 発明者名: 梅山有和、今堀博
  • 権利者名: 国立大学法人京都大学
  • 産業財産権番号: 2010-106387
  • 出願年月日: 2010-05-06