自己組織性単分子膜を用いる光電変換の研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12450347
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 山田 淳 九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (30136551)
• 研究分担者: 馬 延麗 九州工業技術研究所, ファイン素材部, 研究員 ; 秋山 毅 九州大学, 大学院・工学研究院, 助手 (20304751) ; 米村 弘明 九州大学, 大学院・工学研究院, 講師 (40220769)
• キーワード: 自己組織化 / 単分子膜 / ルテニウム錯体 / 電子供与体 / 電子受容体 / 光電変換

研究概要

次世代のクリーンエネルギーとして太陽光の有効利用がある。本研究では、有機色素太陽電池を開発するための基礎研究として、自己組織性単分子膜の光電変換特性について研究した。主な成果は以下の通りである。
(1)ルテニウム錯体-ビオローゲン連結色素による光電変換
可視光を効率よく吸収する電子供与体としてルテニウム錯体を選び、ビオローゲンを電子受容体とする連結色素を合成した。自己組織化法によって色素の単分子膜を金電極表面に構成した。この修飾電極を動作電極とする三極式電解セルを作製し、キセノンランプの照射により発生する光電流を調べた。その結果、電子供与体に対して複数の電子受容体を配置させる事が光電変換効率の向上に重要である事を明らかにした。また電子供与体-受容体間距離がヘプチル基程度の長さが最適である事も明らかにした。
(2)ポルフィリン-フラーレン系の光電変換
電子供与体として吸光係数が極めて大きいポルフィリン、電子授与体として三重項状態が安定なフラーレンを用いる系について、単分子層膜をITO電極上に構成した。フラーレン単独膜でも光電流は認められるが、ポルフィリンとの対を形成する方が格段に大きい光電流が得られる事を明らかにした。また単分子層膜の構築法として、表面ゾルーゲル法が実用的に有利であることも明らかとなった。
(3)金ナノ粒子を用いる光電変換
LB法や自己組織化による単分子層膜の作成法についての研究と共に、金ナノ粒子表面への単分子膜作製についての研究を検討するため、金ナノ粒子の調整と光化学的性質について検討した。その結果、レーザー光の照射により金ナノ粒子のサイズ制御が可能である事を明らかにした。サイズと表面修飾率との関係について検討を進めている。

研究成果

• [文献書誌] Y.Niidome et al.: "Enormous Size Growth of Thiol-passivated Gold Nanoparticles Induced by Near-IR Laser Light"Chemistry Letters. 310-311 (2000)
• [文献書誌] Y.Niidome et al.: "Effects of Aliphatic Tails on Monolayer Structures of Hemicyanine Dyes at the Air/Water Interface as Studied by in Situ SHG Measurements and Surface Pressure-Area Isotherms"Journal of Photochemistry and Photobiology A : Chemistry. Vol.132. 75-80 (2000)
• [文献書誌] N.Terasaki et al.: "Preparation and Photoelectrochemical Properties of a Self-Assembled Monolayer of a Ruthenium Tris (2,2'-bipyridine)-Viologen 1:2 Linked Compound"Chemistry Letters. 668-669 (2000)
• [文献書誌] T.Akiyama et al.: "Fabrication of Porphyrin-Titanium Oxide-Fullerene Assemblies on an ITO Electrode and Their Photocurrent Responses"Colloid and Surfaces A. Vol.169. 137-141 (2000)
• [文献書誌] T.Hatano et al.: "Facile Construction of an Ultra-thin [60] Fullerene Layer From [60] Fullerene-Homooxacalix [3] arene Complexes on a Gold Surface"J.Chem.Soc.,Perkin Trans.2. 909-912 (2000)
• [文献書誌] S.Yamada: "A Study of Photoconversion Processes in Hybrid Nano-Organized Films Composed of Polymers and Photofunctional Dyes"Precision Polymers and Nano-Organized Systems, Ed., K.Kunitake, S.Nakahama,S.Takahashi and N.Toshima, Kodansha,Tokyo, Chapter V. 309-312 (2000)