拡張π電子共役系の創製に基づく高次π空間の機能とエレクトロニクス応用

2012 年度 実績報告書

• 研究領域: 高次π空間の創発と機能開発
• 研究課題/領域番号: 20108004
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 安蘇 芳雄 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (60151065)
• 研究分担者: 辛川 誠 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (80452457)
• 研究期間 (年度): 2008-04-01 – 2013-03-31
• キーワード: 拡張共役系 / 高分子構造・物性 / 有機エレクトロニクス / 先端機能デバイス / ナノ材料 / 分子エレクトロニクス

研究実績の概要

構造の明確な拡張π電子共役系化合物の利点を活かした、高次π空間の構築と解析および有機・分子エレクトロニクスへの応用に向けた革新機能の開拓に関して、以下の研究を遂行した。
１．高いπスタック自己会合性と半導体特性を有する分岐型共役系のこれまでの研究展開を受けて、バルクへテロ接合型薄膜太陽電池におけるフラーレンに代わるアクセプター成分の開発を目指し、当研究室でFET用n型半導体として開発されている電子受容性π共役分子ユニットを組み込んだ、薄膜での多次元的な電子輸送が期待できる分岐型共役系の開発を行い、分岐鎖の共役長に依存した基礎物性および電界効果トランジスタや有機太陽電池の特性に及ぼす効果を明らかにした。さらにこの結果を受けて、有機太陽電池用の低分子アクセプター材料へと展開した。
２．フルオロアルキル基の凝集効果による分子配列の制御と有機太陽電池への応用を目指して、分岐アルキル基を有するチオフェンと組み合わせた各種ポリマーの開発を行った。バルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池において、フルオロアルキル基を有するフラーレンを組み合わせた際に光電変換機能が確認された。
３．バルクへテロ接合型薄膜太陽電池のドナー材料として、当研究室で開発されている電子受容性π共役分子ユニットを組み込んだ狭バンドヤップ型ポリマーを開発した。フラーレン誘導体を組み合わせた薄膜型太陽電池は4%を超えるエネルギー変換効率を示した。
４．分子エレクトロニクスに向けて、フルオレン置換長鎖オリゴチオフェン被覆型分子ワイヤの開発に成功し、平面性の高い共役系と被覆の効果を明らかにした。また、の導電挙動を明らかにした。単分子光電変換素子に向けて、チオールアンカーを有する鎖長の異なるオリゴチオフェンとフラーレンを直線的に連結した化合物を合成し、光誘起による電荷分離と金電極上の単分子膜において光電変換機能を確認した。

現在までの達成度 (段落)

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Energy Level Modulation of HOMO, LUMO, and Band-Gap in Conjugated Polymers for Organic Photovoltaic Applications (2013)
  • 著者名/発表者名: B.-G. Kim, X. Ma, C. Chen, Y. Ie, E. W. Coir, H. Hashemi, Y. Aso, P. F. Green, J. Kieffer, J. Kim
  • 雑誌名: Adv. Funct. Mater 巻: 23(4) ページ: 439-445
  • DOI: DOI:10.1002/adfm.201201385
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-Assembling Ary-Naphthalendiimide Derivatives with Nitroxide Radical (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Nakatsuji, K. Aoki, A. Kojoh, H. Akutsu, J. Yamada, M. Karakawa, Y. Aso
  • 雑誌名: Asian J. Org. Chem 巻: 2 ページ: 164－168
  • DOI: 10.1002/ajoc.201200095
  • 査読あり
• [雑誌論文] Buckminsterfullerene Derivatives Bearing a Fluoroalkyl Group for Use in Organic Photovoltaic Cells (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Karakawa, T. Nagai, T. Irita, K. Adachi, Y. Ie, Y. Aso
  • 雑誌名: J. Fluorine Chem 巻: 144 ページ: 51-58
  • DOI: DOI:10.1016/j.jfluchem.2012.09.009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Air-Stable n-Type Organic Field-Effect Transistors Based on 4,9-Dihydro-s-indaceno[1,2-b:5,6-b']dithiazole-4,9-dione Unit (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Ie, M. Ueta, M. Nitani, N. Tohnai, M. Miyata, H. Tada, Y. Aso
  • 雑誌名: Chem. Mater 巻: 24(16) ページ: 3285-3293
  • DOI: DOI:10.1021/cm301985q
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functional Oligothiophenes toward Molecular Wires in Single-Molecular Electronics (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Ie, M. Endou, A. Han, R. Yamada, H. Tada, Y. Aso
  • 雑誌名: Pure Appl. Chem 巻: 84(4) ページ: 931-943
  • DOI: DOI:10.1351/PAC-CON-11-10-26
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis, Properties, and Photovoltaic Performances of Donor–Acceptor Copolymers Having Dioxocycloalkene-Annelated Thiophenes As Acceptor Monomer Units (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Ie, J. Huang, Y. Uetani, M. Karakawa, Y. Aso
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 45 ページ: 4564－4571
  • DOI: 10.1021/ma300742r
  • 査読あり
• [雑誌論文] Short Synthesis of Alkyl-Substituted Acenes Using Carbonyl-Directed C–H and C–O Functionalization (2012)
  • 著者名/発表者名: D. Matsumura, K. Kitazawa, S. Terai, T. Kochi, Y. Ie, M. Nitani, Y. Aso, F. Kakiuchi
  • 雑誌名: Org. Lett. 巻: 14 ページ: 3882－3885
  • DOI: 10.1021/ol301608m
  • 査読あり
• [雑誌論文] π-Extended Thiadiazoles Fused with Thienopyrrole or Indole Moieties: Synthesis, Structures, and Properties (2012)
  • 著者名/発表者名: S.-i. Kato, T. Furuya, A. Kobayashi, M. Nitani, Y. Ie, Y. Aso, T. Yoshihara, S. Tobita, Y. Nakamura
  • 雑誌名: J. Org. Chem. 巻: 77 ページ: 7595－7606
  • DOI: 10.1021/ol301608m
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis, Properties, and Photovoltaic Performance of Copolymers Based on Difluorodioxocyclopentene-Annelated Thiophene (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Ie, J. Huang, Y. Uetani, M. Karakawa, Y. Aso
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 51 ページ: 10NC03-1－3
  • DOI: 10.1143/JJAP.51.10NC08
  • 査読あり
• [学会発表] カルボニル架橋チアゾール縮合多環系を母骨格とするn型有機半導体の溶液プロセス可能な末端基の探索と物性評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐藤千尋、家 裕隆、安蘇芳雄
  • 学会等名: 日本化学会第93春季年会
  • 発表場所: 立命館大学（草津市）
  • 年月日: 2013-03-22
• [学会発表] 分岐アルキル基を有するスピロ置換フルオレンで被覆された長鎖オリゴチオフェンの開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 利根紗織、家 裕隆、安蘇芳雄
  • 学会等名: 日本化学会第93春季年会
  • 発表場所: 立命館大学（草津市）
  • 年月日: 2013-03-22
• [学会発表] 単分子エレクトロニクスに向けた、複素環を接合基とする三脚型アンカーユニットの開発と金電極への接合能の評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 田中一成、家 裕隆、安蘇芳雄
  • 学会等名: 日本化学会第93春季年会
  • 発表場所: 立命館大学（草津市）
  • 年月日: 2013-03-22
• [学会発表] アクセプター部位としてジオキソシクロペンテン縮環チオフェンを用いた低バンドギャップD-A型コポリマーの合成、物性及び光電変換特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 黄 建明、家 裕隆、辛川 誠、安蘇芳雄
  • 学会等名: 日本化学会第93春季年会
  • 発表場所: 立命館大学（草津市）
  • 年月日: 2013-03-22
• [学会発表] フルオロエーテル基を有するポリチオフェンを用いたp-型半導体の合成と物性、および、光電変換特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 汪 イ、辛川 誠、家 裕隆、永井隆文、安蘇芳雄
  • 学会等名: 日本化学会第93春季年会
  • 発表場所: 立命館大学（草津市）
  • 年月日: 2013-03-22
• [学会発表] 可溶化基を導入した環状イミド誘導体を末端基とする電子受容性分子の合成，物性，および電子デバイス機能 (2013)
  • 著者名/発表者名: 陣内青萌、家 裕隆、安蘇芳雄
  • 学会等名: 日本化学会第93春季年会
  • 発表場所: 立命館大学（草津市）
  • 年月日: 2013-03-22
• [学会発表] セルロースの有機デバイスへの応用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 辛川 誠
  • 学会等名: 第18回セルロース学会ミクロシンポジウム
  • 発表場所: 京都工芸繊維大学（京都市）
  • 年月日: 2013-01-18
• [学会発表] Synthesis, Properties, and Photovoltaic Performances of Donor-Acceptor Copolymers Having Dioxocycloalkene-annelated Thiophenes as Acceptor Unit (2012)
  • 著者名/発表者名: Jianming Huang, Yutaka. Ie, Makoto Karakawa, Yoshio Aso
  • 学会等名: The 9th SPSJ International Polymer Conference
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 2012-12-14
• [学会発表] 末端基として p-トリフルオロアセチルテトラフルオロフェニル基を導入したカルボニル架橋チアゾール化合物の合成と電子物性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐藤千尋、家 裕隆、二谷真司、安蘇芳雄
  • 学会等名: 第6回有機π電子シンポジウム
  • 発表場所: 茶波瑠（松山市）
  • 年月日: 2012-12-14
• [学会発表] 環状イミドやチオイミドを有するπ電子共役系の合成、物性、およびn型有機半導体材料としての応用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 陣内青萌、家 裕隆、安蘇芳雄
  • 学会等名: 第39回有機典型元素化学討論会
  • 発表場所: いわて県民情報交流センター（盛岡市）
  • 年月日: 2012-12-07
• [学会発表] フラーレンおよびチオール基を両末端にもつオリゴチオフェンの合成と単分子光電変換に向けた物性評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 田中一成、家 裕隆、安蘇芳雄
  • 学会等名: 第39回有機典型元素化学討論会
  • 発表場所: いわて県民情報交流センター（盛岡市）
  • 年月日: 2012-12-07
• [学会発表] Air-Stable n-Type Organic Field-Effect Transistors Based on Multi-Ring-Fused System Containing Carbonyl-Bridged Thiazole (2012)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Ie, Masashi Ueta, Masashi Nitani, Norimitsu Tohnai, Mikiji Miyata, Hirokazu Tada, Yoshio Aso
  • 学会等名: 2012 MRS Fall Meeting
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 2012-11-29
• [学会発表] 4,9-Dihydro-s-indaceno[1,2-b:5,6-b']dithiazole-4,9-dione : A New Electronegative Unit for an Air-Stable n-Type Organic Field-Effect Transistor (2012)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Ie, Masashi Ueta, Masashi Nitani, Yoshio Aso
  • 学会等名: The Twelfth International Kyoto Conference on New Aspects of Organic Chemistry
  • 発表場所: リーガロイヤルホテル（京都市）
  • 年月日: 2012-11-15
• [学会発表] 末端基として p-トリフルオロアセチルテトラフルオロフェニル基を導入したカルボニル架橋チアゾール化合物の合成と電子物性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐藤千尋、家 裕隆、二谷真司、安蘇芳雄
  • 学会等名: 第23回基礎有機化学討論会
  • 発表場所: 京都テルサ（京都市）
  • 年月日: 2012-09-21
• [学会発表] ベンゾチアジアゾールと環状イミドを有するπ共役分子の合成，物性，およびこれをアクセプター材料とする光電変換素子の特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 陣内青萌、家 裕隆、安蘇芳雄
  • 学会等名: 第23回基礎有機化学討論会
  • 発表場所: 京都テルサ（京都市）
  • 年月日: 2012-09-21
• [学会発表] 含チアゾール縮合多環化合物を導入したπ電子系分子の開発と有機電界効果トランジスタ及び有機薄膜型太陽電池への応用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 家 裕隆、植田将史、二谷真司、安蘇芳雄
  • 学会等名: 第61回高分子討論会
  • 発表場所: 名古屋工業大学（名古屋市
  • 年月日: 2012-09-20
• [学会発表] 含チアゾール縮合多環化合物を導入したπ電子系分子の合成、物性と素子への応用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 家 裕隆、植田将司、二谷真司、安蘇芳雄
  • 学会等名: 第23回基礎有機化学討論会
  • 発表場所: 京都テルサ（京都市）
  • 年月日: 2012-09-20
• [学会発表] evelopment of Oligomers Based on Carbonyl-Bridged Bithiazole for Solution-Processible n-Type OFFT Materials (2012)
  • 著者名/発表者名: Masashi Nitani, Yutaka Ie, Yoshio Aso
  • 学会等名: 2012 International Conference on Flexible and Printed Electronics
  • 発表場所: 東京大学（東京都）
  • 年月日: 2012-09-07
• [学会発表] Printable Transparent Silver Nanowire Networks for Organic Photovoltaic Cell Electrodes (2012)
  • 著者名/発表者名: Makoto Karakawa, Takehiro Tokuno, Masaya Nogi, Yoshio Aso, Katsuaki Suganuma
  • 学会等名: KJF International Conference on Organic Materials for Electronics and Photonics
  • 発表場所: 東北大学（仙台市）
  • 年月日: 2012-08-31
• [学会発表] Development of n-Type Organic Semiconductors Based on Fluoroalkyl-Substituted Conjugation Systems (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshio Aso
  • 学会等名: The 20th International Symposium on Fluorine Chemistry
  • 発表場所: 京都テルサ（京都市）
  • 年月日: 2012-07-27
  • 招待講演
• [学会発表] Development of Oligomers Based on Carbonyl-Bridged Bithiazole for Solution-Processible n-Type Organic Field-Effect Transistors (2012)
  • 著者名/発表者名: Masashi Nitani, Yutaka Ie, Yoshio Aso
  • 学会等名: International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals 2012
  • 発表場所: Atlanta, USA
  • 年月日: 2012-07-12
• [学会発表] Synthesis and Properties of Polythiolphenes Containing Fluoro or Fluoroalkyl-ether Substituents (2012)
  • 著者名/発表者名: Aya Kojima, Makoto Karakawa, Yutaka Ie, Takabumi Nagai, Yoshio Aso
  • 学会等名: International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals 2012
  • 発表場所: Atlanta, USA
  • 年月日: 2012-07-12
• [学会発表] 電子受容性ユニット含む新規π 電子共役系の開発と有機エレクトロニクスへの応用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 安蘇芳雄
  • 学会等名: 2012 PHyM シンポジウム
  • 発表場所: 東北大学（仙台市）
  • 年月日: 2012-06-07
  • 招待講演
• [図書] 拡張π電子共役系の創製に基づく高次π空間の機能とエレクトロニクス応用，赤阪 健／大須賀篤弘／福住俊一／神取秀樹監修「高次π空間の創発と機能開発」 (2013)
  • 著者名/発表者名: 安蘇芳雄
  • 総ページ数: 10－15
  • 出版者: シーエムシー出版
• [備考] 高次π空間の創発と機能開発
  • URL: http://www.pi-space.jp/
• [備考] 大阪大学 産業科学研究所 安蘇研究室
  • URL: http://www.sanken.osaka-u.ac.jp/labs/omm/
• [産業財産権] 化合物、並びに、該化合物を含有する有機半導体材料、有機半導体素子 (2012)
  • 発明者名: 家 裕隆、陣内青萌、安蘇芳雄、寺井宏樹
  • 権利者名: 住友化学株式会社、国立大学法人大阪大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願 2012-193416
  • 出願年月日: 2012-09-03
• [産業財産権] 化合物及び高分子化合物、並びに、該化合物又は該高分子化合物を含有する有機半導体材料及び該有機半導体材料を用いた有機半導体素子 (2012)
  • 発明者名: 家 裕隆、陣内青萌、安蘇芳雄、寺井宏樹
  • 権利者名: 住友化学株式会社、国立大学法人大阪大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願 2012-193516
  • 出願年月日: 2012-09-03
• [産業財産権] 重合体、この重合体を用いた有機薄膜及び有機薄膜素子 (2012)
  • 発明者名: 家 裕隆、黄 建明、安蘇芳雄、辛川 誠、上田将人
  • 権利者名: 住友化学株式会社、国立大学法人大阪大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2012-196331
  • 出願年月日: 2012-09-06