機能化フラーレンのナノ構造組織化による光誘起電子移動性発現

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14750652
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 藤塚 守 大阪大学, 産業科学研究所, 助教授 (40282040)
• キーワード: フラーレン / 分子内電子移動 / レーザーフラッシュホトリシス / 光エネルギー変換 / 二酸化チタン / 微結晶 / 分子デバイス / フェムト秒

研究概要

フラーレンの高い電子受容性を有効に活用した機能性材料の構築には、ナノ構造を組織化し、電子移動プロセスを制御することが必要不可欠である。このため本年度は以下の研究を行った。
(1)数十マイクロ秒の電荷分離状態を有するドナー・フラーレン結合分子の合成および孤立状態での電荷分離再結合過程の評価
光エネルギー変換デバイスにおいて効率的な電荷輸送を実現するためには、光励起により生じる電荷分離状態の寿命が数十マイクロ秒である必要がある。本研究では長鎖パイ共役系ドナーである9-cis-retinylをドナーとした分子で43マイクロ秒に及ぶ電荷分離状態をベンゾニトリル中で確認した。これはall-trans-retinyにくらべ約二倍の長寿命化である。さらに長鎖パイ共役系としthienyl-ethynylを用いたときには励起状態における構造変化により電荷分離寿命が変化することを見出した。とくに溶媒極性依存性を検討することで、極性溶媒中における電荷分離がMarcus"inverted region"に存在する分子であることを実証した。さらに孤立系での電荷分離過程を検討することを目的としたフラーレンデンドリマーでは、デンドリマーによる阻害効果により反応中間体などの短寿命種の長寿命化が実現できることを実証した。
(2)フラーレンを修飾した二酸化チタン微粒子における電荷分離状態の実現と光エネルギー変換デバイスの実現
フラーレンにカルボン酸を導入し二酸化チタン上に固定化した。二酸化チタン上のフラーレンは溶液中のドナーとの光誘起電子移動により還元され、その電荷は二酸化チタン上に受け渡すことを実証した。さらに、同一の反応系により構成したセルで光起電力が生じることを見出し、光エネルギー変換デバイスを実現した。

研究成果

• [文献書誌] Mamoru Fujitsuka: "Photophysical and Photochemical Processes of an Unsymmetrical Fullerene Dimer, C_<121>"The Journal of Physical Chemistry B. 106・34. 8562-8568 (2002)
• [文献書誌] Mamoru Fujitsuka: "Photophysical and photochemical properties of decakis-adduct of C_<120> and related compounds"Chemistry Letters. ・5. 512-513 (2002)
• [文献書誌] Mamoru Fujitsuka: "Effective energy transfer process in a dyad molecule of pyrene and C_<60>"Chemistry Letters. ・10. 968-969 (2002)
• [文献書誌] Ryouta Kunieda: "Photochemical and photophysical properties of C_<60> dendrimers studied by laser flash photolysis"The Journal of Physical Chemistry B. 106・29. 7193-7199 (2002)
• [文献書誌] Osamu Ito: "Photoinduced electron transfer from aromatic aldehyde hydrazones to triplet states of C_<60> and C_<70> ; electron-mediating and hole-shifting systems"Bulletin of the Chemical Society of Japan. 75・6. 1247-1254 (2002)
• [文献書誌] Mohamed E.El-Khouly: "Photoinduced electron transfer between metal octaethlporphyrins and fullerenes (C_<60>/C_<70>) studied by laser flash photolysis : electron-mediating and hole-shifting cycles"Physical Chemistry Chemical Physics. 4・14. 3322-3329 (2002)