ナノカーボンを土台とした構造ー光物性相関解明と高効率光電変換特性の実現

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26708023
• 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, 准教授 (30378806)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: カーボンナノチューブ / ポルフィリン / エキシプレックス / 過渡吸収 / 蛍光寿命 / オリゴフェニレン / 電子カップリング / ダイマー

研究実績の概要

本研究のねらいは、ナノカーボン材料を、光機能性分子の連結土台やペロブスカイト結晶構造を担持する土台として用い、その構造-光物性相関の解明を行うことにある。
光機能性分子としてポルフィリン、連結土台のナノカーボン材料としてタンスカーボンナノチューブ（SWNT）に着目した。前者は電子供与体（D）、後者は電子受容体（A）としての性質を有する。ポルフィリン－SWNT連結系において架橋子長を系統的に変化させることにより、D－A間電子カップリングの光物性に与える影響について検討を行った。つまり、架橋子として直線状で堅固なオリゴ（p-フェニレン）（モノマーからペンタマー）を用い、その架橋子長を精密に制御した。すると、架橋子長にかかわらず、エキシプレックス状態の生成および基底状態への直接失活が観測された。また、そのエキシプレックス生成および減衰の距離依存性は、同じ架橋子を有する既報のD－A系の電荷分離および電荷再結合と比較して大幅に小さくなることを初めて見出した。さらに、オリゴ(p-フェニレン)の代わりにオリゴ(p-キシレン)を介したD－A連結系ではより大きな距離依存性が見られた。
さらに、架橋子をフェニレンモノマーに固定し、SWNT上に共有結合によりポルフィリンダイマーおよびモノマーを選択的に形成した。ポルフィリンダイマー－SWNT複合体では、吸収スペクトルにおいて、ポルフィリン同士の相互作用に由来する吸収帯が450 nm付近に観察された。また過渡吸収スペクトル測定により、ポルフィリン－SWNT間にエキシプレックス形成が確認され、その寿命はダイマーの方がモノマーより長いことがわかった。

現在までの達成度 (段落)

29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

29年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

29年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] タンペレ工科大学(フィンランド)
  • 国名: フィンランド
  • 外国機関名: タンペレ工科大学
• [雑誌論文] Unique Cohesive Nature of β1-isomer of [70]PCBM Fullerene on Structures and Photovoltaic Performances of Bulk Heterojunction Films with PffBT4T-2OD Polymer (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Umeyama, K. Igarashi, D. Sakamaki, S. Seki, and H. Imahori
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 54 ページ: 405-408
  • DOI: 10.1039/C7CC08947C
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation and Photodynamic Behavior of Transition Metal Dichalcogenide Nanosheet-Fullerene Inorganic-Organic Nanohybrids on Semiconducting Electrodes (2018)
  • 著者名/発表者名: J. Baek, T. Umeyama, W. Choi, Y. Tsutsui, H. Yamada, S. Seki, and H. Imahori
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 24 ページ: 1561-1572
  • DOI: 10.1002/chem.201703699
  • 査読あり
• [雑誌論文] Facile Fabrication Method of Small-Sized Crystal Silicon Solar Cells for Ubiquitous Applications and Tandem Device with Perovskite Solar Cells (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Kanda, N. Shibayama, A. Uzumb, T. Umeyama, H. Imahori, Y.-H. Chiang, P. Chen, M. K. Nazeeruddin, and S. Ito
  • 雑誌名: Mater. Today Energy 巻: 7 ページ: 190-198
  • DOI: 10.1016/j.mtener.2017.09.009
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Photophysical Properties of Porphyrin Dimer-Single-Walled Carbon Nanotube Linked Systems (2018)
  • 著者名/発表者名: J. Baek, T. Umeyama, S. Mizuno, N. V. Tkachenko, and H. Imahori
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b08594
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Photodynamics of Functionalized Nanocarbons: Effect of Electronic Coupling and Donor Dimerization (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Umeyama and H. Imahori
  • 雑誌名: Nanoscale Horiz. 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1039/C8NH00024G
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enantiomerically Separated α-[70]PCBM for Organic Photovoltaics (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Umeyama, S. Shibata, K. Igarashi, S. Takahara, T. Higashino, S. Seki, and H. Imahori
  • 雑誌名: Chem. Lett. 巻: 46 ページ: 1001-1003
  • DOI: 10.1246/cl.170306
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lead-Free Perovskite Solar Cells Using Sb and Bi-Based A3B2X9 and A3BX6 Crystals with Normal and Inverse Cell Structures (2017)
  • 著者名/発表者名: A. K. Baranwal, H. Masutani, H. Sugita, H. Kanda, S. Kanaya, N. Shibayama, Y. Sanehira, M. Ikegami, Y. Numata, K. Yamada, T. Miyasaka, T. Umeyama, H. Imahori, and S. Ito
  • 雑誌名: Nano Converg. 巻: 4 ページ: 26
  • DOI: 10.1186/s40580-017-0120-3
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Long-Range Observation of Exciplex Formation and Decay Mediated by One-Dimensional Bridges (2017)
  • 著者名/発表者名: J. Baek, T. Umeyama, K. Stranius, H. Yamada, N. V. Tkachenko, and H. Imahori
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 121 ページ: 13952-13961
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b04483
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Regioisomer Effects of [70]PCBM on Film Structures and Photovoltaic Properties of Composite Films with a Crystalline Conjugated Polymer P3HT (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Umeyama, S. Shibata, T. Miyata, K. Igarashi, T. Koganezawa, and H. Imahori
  • 雑誌名: RSC Adv. 巻: 7 ページ: 45697-45704
  • DOI: 10.1039/C7RA08618K
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Chemical Approach for Perovskite Solar Cells: Control of Electron-Transporting Mesoporous TiO2 and Utilization of Nanocarbon Materials (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Umeyama and H. Imahori
  • 雑誌名: Dalton Trans. 巻: 46 ページ: 15615-15627
  • DOI: 10.1039/C7DT02421E
  • 査読あり
• [学会発表] PffBT4T-2ODとの複合薄膜中でのβ1-[70]PCBMの高凝集挙動 (2018)
  • 著者名/発表者名: 五十嵐 健翔、梅山 有和 、今堀 博
  • 学会等名: 日本化学会 第98春季年会
• [学会発表] ナノカーボン上での二分子会合挙動 (2017)
  • 著者名/発表者名: 梅山有和、白 鎭碩、今堀 博
  • 学会等名: 第15 回ホスト-ゲスト・超分子化学シンポジウム
• [学会発表] 架橋構造置換基を有する cis-1 型フラーレン二付加体の合成および有機薄膜太陽電池への応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高原 翔伍、梅山 有和、今堀 博
  • 学会等名: 第53回 フラーレン・ナノチューブ・グラフェン 総合シンポジウム
• [学会発表] ポルフィリン-オリゴアリーレン-単層カーボンナノチューブ連結系の光物性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 梅山 有和、白 鎭碩、今堀 博
  • 学会等名: 第53回 フラーレン・ナノチューブ・グラフェン 総合シンポジウム
• [学会発表] ポルフィリンを共有結合で修飾したグラフェン量子ドット (2017)
  • 著者名/発表者名: 水野 哲志、梅山 有和、今堀 博
  • 学会等名: 第53回 フラーレン・ナノチューブ・グラフェン 総合シンポジウム
• [学会発表] 高分子太陽電池性能に対する β -[70]PCBM 電子受容体の異性体効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 五十嵐 健翔、梅山 有和 、今堀 博
  • 学会等名: 第53回 フラーレン・ナノチューブ・グラフェン 総合シンポジウム
• [学会発表] ナノ炭素元素ブロック－オリゴフェニレン－ポルフィリン連結系の光物性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 梅山 有和、白 鎭碩、今堀 博
  • 学会等名: 第66回高分子討論会
• [学会発表] Isomer Separation Effects of [70]PCBM on Photovoltaic Properties (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomokazu Umeyama, Hiroshi Imahori
  • 学会等名: 11th Aseanian Conference on Nano-Hybrid Solar Cells (NHSC11)
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 梅山有和のホームページ
  • URL: http://www.moleng.kyoto-u.ac.jp/~moleng_05/umeyama.html