電荷非局在型色素に基づく光捕集システムの構築

2016 年度 実績報告書

• 研究領域: 人工光合成による太陽光エネルギーの物質変換：実用化に向けての異分野融合
• 研究課題/領域番号: 15H00876
• 研究機関: 奈良先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 荒谷 直樹 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 准教授 (60372562)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 人工光合成 / 近赤外発光 / 近赤外吸収 / 有機半導体

研究実績の概要

本研究課題では、通常の有機分子では獲得することのできない低エネルギー光捕集するために、近赤外吸収をもつ炭化水素の分子設計を探求している。これまで化学的安定性を十分に有する、分子内に電荷をもつπ共役系を高いアスペクト比を保ったままで拡張し、比較的少ない芳香環ユニット数で吸収波長の長波長化を目指してきた。このような色素の特長を活かして高効率の光捕集の達成を目指している。さらにその集積体を利用して、励起子伝達・エネルギー移動が可能な人工光合成アンテナ系を創製し、化学エネルギーへの変換系との有機的な結合法の開発も目的としている。これまでにフルオロンの共役系をベンゼン環２つ分拡張したDBXの開発に成功し、近赤外領域の817 nmを極大とする吸収および853 nmを極大とする蛍光発光を明らかにした。さらに蛍光量子収率は6.4%と近赤外発光分子としては非常に大きな値を示した。
研究後半では閉殻系の分子として1000 nmを超える近赤外吸収分子の創製を目指し、さらなるπ共役系拡張による吸収スペクトルの長波長化をするために様々な合成ルートを検討した結果、現在π拡張フルオロン(DNX)の合成に挑戦している。分子サイズの拡張に伴って反応性が変化したため、π共役系拡張にともなう酸化電位の低下を抑制しつつ溶解性を確保する目的で、電子求引性の置換基を立体的に導入している。すでに炭素骨格はできあがっている。計算と合成の両面のアプローチからDNXアニオンの物性について議論している。

現在までの達成度 (段落)

28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

28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] National Unversity of Singapore/Nanyang Technplogical University(Singapore)
  • 国名: シンガポール
  • 外国機関名: National Unversity of Singapore/Nanyang Technplogical University
• [国際共同研究] Yonsei University(韓国vvvv)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: Yonsei University
• [国際共同研究] Autanoma University of Madrid(Spain)
  • 国名: スペイン
  • 外国機関名: Autanoma University of Madrid
• [雑誌論文] Rylene Ribbons with Unusual Diradical Character (2017)
  • 著者名/発表者名: W. Zeng, H. Phan, T. S. Herng, T. Y. Gopalakrishna, N. Aratani, Z. Zeng, H. Yamada, J. Ding, J. Wu
  • 雑誌名: Chem 巻: 2 ページ: 81-92
  • DOI: 10.1016/j.chempr.2016.12.001
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Fullerene-Based n-Type Materials That Can Be Processed by a Photoprecursor Approach for Photovoltaic Applications (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Kawajiri, T. Kawanoue, M. Yamato, K. Terai, M. Yamashita, M. Furukawa, N. Aratani, M. Suzuki, K.-i. Nakayama, H. Yamada
  • 雑誌名: ECS J. Solid State Sci. Technol. 巻: 6 ページ: M3068-M3074
  • DOI: 10.1149/2.0141706jss
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Engineering Thin Films of a Tetrabenzoporphyrin toward Efficient Charge-Carrier Transport: Selective Formation of a Brickwork Motif (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Takahashi, B. Shan, X. Xu, S. Yang, T. Koganezawa, D. Kuzuhara, N. Aratani, M. Suzuki, Q. Miao, H. Yamada
  • 雑誌名: ACS Appl. Mater. Interfaces 巻: 9 ページ: 8211-8218
  • DOI: 10.1021/acsami.6b13988
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Semiconducting Self-assembled Nanofibers Prepared from Photostable Octafluorinated Bisanthene Derivatives (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Hayashi, N. Aratani, H. Yamada
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 23 ページ: in press
  • DOI: 10.1002/chem.201700080
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Studies on Pyrene and Perylene Derivatives upon Oxidation and Application to a Higher Analogue (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Matsumoto, M. Suzuki, H. Hayashi, D. Kuzuhara, J. Yuasa, T. Kawai, N. Aratani, H. Yamada
  • 雑誌名: Bull. Chem. Soc. Jpn 巻: 90 ページ: in press
  • DOI: 10.1246/bcsj.20160337
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Rearrangement of an aniline linked perylene bisimide under acidic conditions and visible to near-infrared emission from intramolecular charge-transfer state of its fused derivatives (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Kojima, A. Tamoto, N. Aratani, H. Yamada
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 53 ページ: in press
  • DOI: 10.1039/C7CC01520H
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] β-to-β 2,5-Pyrrolylene-Linked Cyclic Porphyrin Oligomers (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Rao, J. O. Kim, W. Kim, G. Zhong, B. Yin, M. Zhou, H. Shinokubo, N. Aratani, T. Tanaka, S. Liu, A. Osuka, D. Kim, J. Song
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 52 ページ: 8801-8804
  • DOI: 10.1002/chem.201601306
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Switching charge-transfer characteristics from p-type to n-type through molecular “doping” (cocrystallization) (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Zhang, P. Gu, G. Long, R. Ganguly, Y. Li, N. Aratani, H. Yamada, Q. Zhang
  • 雑誌名: Chem. Sci. 巻: 7 ページ: 3851-3856
  • DOI: 10.1039/c5sc04954g
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Bisanthra-thianthrene: synthesis, structure and oxidation properties (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Yamashita, H. Hayashi, M. Suzuki, D. Kuzuhara, J. Yuasa, T. Kawai, N. Aratani, H. Yamada
  • 雑誌名: RSC Adv. 巻: 6 ページ: 70700-70703
  • DOI: 10.1039/c6ra13036d
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synthesis and Metalation of Doubly o-Phenylene-Bridged Cyclic Bis(dipyrrin)s with Highly Bent Skeleton of Dibenzoporphyrin(2.1.2.1) (2016)
  • 著者名/発表者名: D. Kuzuhara, W. Furukawa, A. Kitashiro, N. Aratani, H. Yamada
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 22 ページ: 10671-10678
  • DOI: 10.1002/chem.201601083
  • 査読あり
• [雑誌論文] Porphycene Dimer Based Non-Fullerene Acceptor for Organic Solar Cell (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Okabe, D. Kuzuhara, M. Suzuki, N. Aratani, H. Yamada
  • 雑誌名: J. Porphyrins Phthalocyanines 巻: 20 ページ: 1350-1360
  • DOI: 10.1142/S1088424616501108
  • 査読あり
• [雑誌論文] Benzo[4,5]cyclohepta[1,2-b]fluorene: an isomeric motif for pentacene containing linearly fused five-, six- and seven-membered rings (2016)
  • 著者名/発表者名: X. Yang, X. Shi, N. Aratani, T. P. Gonalves, K.-W. Huang, H. Yamada, C. Chi, Q. Miao
  • 雑誌名: Chem. Sci. 巻: 7 ページ: 6176-6181
  • DOI: 10.1039/c6sc01795a
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Aromaticity Relocation in Perylene Derivatives upon Two-electron Oxidation to Form Anthracene and Phenanthrene (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Matsumoto, M. Suzuki, H. Hayashi, D. Kuzuhara, J. Yuasa, T. Kawai, N. Aratani, H. Yamada
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 22 ページ: 14462-14466
  • DOI: 10.1002/chem.201602188
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fullerene-linked tetrabenzoporphyrins for solution-processed organic photovoltaics: flexible vs. rigid linkers (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Tamura, D. Kuzuhara, M. Suzuki, H. Hayashi, N. Aratani, H. Yamada
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. A 巻: 4 ページ: 15333-15342
  • DOI: 10.1039/c6ta06599f
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and Characterization of an Iridium Triphyrin Complex (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Xue, D. Kuzuhara, N. Aratani, H. Yamada
  • 雑誌名: Inorg. Chem. 巻: 55 ページ: 10106-10109
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.6b01841
  • 査読あり
• [学会発表] エチレン架橋拡張ポルフィリン類の合成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 葛原 大軌、薛 松林、荒谷 直樹、山田 容子
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学理工学部（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-19
• [学会発表] 二重1,8-ナフチレン架橋対面型ペリレン2量体の合成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 村山 智寿・荒谷 直樹・山田 容子
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学理工学部（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-19
• [学会発表] Synthesis of an N-doped nanographene (2017)
  • 著者名/発表者名: IKEDA, Erika; ARATANI, Naoki; YAMADA, Hirorko
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学理工学部（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-19
• [学会発表] ベンゾジサルチンを利用した高次アセンの合成法の開拓 (2017)
  • 著者名/発表者名: 田中 智士・荒谷 直樹・山田 容子
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学理工学部（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-19
• [学会発表] Synthesis of Macrocyclic Molecules with Twisted Porphyrins(2.1.2.1) (2017)
  • 著者名/発表者名: FURUKAWA, Wataru; KUZUHARA, Daiki; ARATANI, Naoki; YAMADA, Hiroko
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学理工学部（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-19
• [学会発表] Substituent Impact on the Open-Circuit Voltage in Organic Solar Cells Prepared through a Photoprecursor Approach (2017)
  • 著者名/発表者名: Mitsuharu Suzuki, Kengo Terai, Naoki Aratani, Hiroko Yamada
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学理工学部（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-19
• [学会発表] From Nanographene to Molecular Graphite;Development of Pyrene and Perylene-based Large π-Conjugated Systems (2016)
  • 著者名/発表者名: Naoki Aratani, Akinobu Matsumoto, Akira Tamoto, Tomohisa Murayama, and Hiroko Yamada
  • 学会等名: 9th Singapore International Chemistry Conference
  • 発表場所: NUS University Town, Singapore
  • 年月日: 2016-12-11 – 2016-12-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Synthesis of a 56 All-Carbon Conjugated Tetrabenzoperipentacene (2016)
  • 著者名/発表者名: Akinobu Matsumoto, Mitsuharu Suzuki, Daiki Kuzuhara, Hironobu Hayashi, Naoki Aratani, and Hiroko Yamada
  • 学会等名: 9th Singapore International Chemistry Conference
  • 発表場所: NUS University Town, Singapore
  • 年月日: 2016-12-11 – 2016-12-14
  • 国際学会
• [学会発表] The structure and property of nonabenzocoronene for organic electronics (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Tamoto, N. Aratani, A. Briseno, H. Yamada
  • 学会等名: 9th Singapore International Chemistry Conference
  • 発表場所: NUS University Town, Singapore
  • 年月日: 2016-12-11 – 2016-12-14
  • 国際学会
• [学会発表] Photophysical Properties of Face-to-face Perylene Dimer and Trimer (2016)
  • 著者名/発表者名: Murayama Tomohisa, Naoki Aratani, Hiroko Yamada
  • 学会等名: 2016年光化学討論会
  • 発表場所: 東京大学駒場第一キャンパス（東京都目黒区）
  • 年月日: 2016-09-06 – 2016-09-08
• [学会発表] π拡張したペリレンビスイミド誘導体の合成と物性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松本彬伸、荒谷直樹、山田容子
  • 学会等名: 第27回 基礎有機化学討論会
  • 発表場所: 広島国際会議場（広島県広島市）
  • 年月日: 2016-09-01 – 2016-09-03
• [学会発表] ナフタレン縮環TTF bisimideの合成とそのラジカルカチオンの性質 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山下正貴、荒谷直樹、山田容子
  • 学会等名: 第27回 基礎有機化学討論会
  • 発表場所: 広島国際会議場（広島県広島市）
  • 年月日: 2016-09-01 – 2016-09-03
• [学会発表] ノナベンゾコロネンの結晶構造とデバイス性能 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田本彬、荒谷直樹、Briseno Alejandro、山田容子
  • 学会等名: 第27回 基礎有機化学討論会
  • 発表場所: 広島国際会議場（広島県広島市）
  • 年月日: 2016-09-01 – 2016-09-03
• [学会発表] 湾曲構造を有するヘキサフィリン(2.1.2.1.2.1)とポルフィリン(2.1.2.1)とその金属錯体の合成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 薛 松林・葛原・大軌・荒谷直樹・山田容子
  • 学会等名: 第27回 基礎有機化学討論会
  • 発表場所: 広島国際会議場（広島県広島市）
  • 年月日: 2016-09-01 – 2016-09-03
• [学会発表] 分子性グラファイトを志向した対面型ペリレン多量体の構築 (2016)
  • 著者名/発表者名: 荒谷直樹、村山智寿、松本彬伸、田本彬、山田容子
  • 学会等名: 第27回 基礎有機化学討論会
  • 発表場所: 広島国際会議場（広島県広島市）
  • 年月日: 2016-09-01 – 2016-09-03
• [学会発表] Synthesis of Oxatriphyrin(2.1.1) and its Boron Complex (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroko Yamada, Daiki Kuzuhara, Shinsuke Kawatsu, Songlin Xue, Naoki Aratani
  • 学会等名: Ninth international conference on porphyrins and phthalicyanines (ICPP-9)
  • 発表場所: Nanjing, China
  • 年月日: 2016-07-03 – 2016-07-08
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Synthesis of Non-planar Dimers for New n-type Organic Semiconductors (2016)
  • 著者名/発表者名: Takuya Okabe, Daiki Kuzuhara, Naoki Aratani, Hiroko Yamada
  • 学会等名: Ninth international conference on porphyrins and phthalicyanines (ICPP-9)
  • 発表場所: Nanjing, China
  • 年月日: 2016-07-03 – 2016-07-08
  • 国際学会
• [学会発表] Dibenzoporphyrin(2.1.2.1):Highly Bent o-Phenylene Bridged Bisdipyrrin (2016)
  • 著者名/発表者名: Daiki Kuzuhara, Wataru Furukawa, Naoki Aratani, Hiroko Yamada
  • 学会等名: Ninth international conference on porphyrins and phthalicyanines (ICPP-9)
  • 発表場所: Nanjing, China
  • 年月日: 2016-07-03 – 2016-07-08
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Functionalized Porphycenes for Organic Electronics (2016)
  • 著者名/発表者名: Daiki Kuzuhara, Takuya Okabe, Mika Sakaguchi, Naoki Aratani, Hiroko Yamada
  • 学会等名: Ninth international conference on porphyrins and phthalicyanines (ICPP-9)
  • 発表場所: Nanjing, China
  • 年月日: 2016-07-03 – 2016-07-08
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Synthesis of Highly Bent Porphyrins(2.1.2.1) and Their Metal Complexes (2016)
  • 著者名/発表者名: Wataru Furukawa, Daiki Kuzuhara, Naoki Aratani, Hiroko Yamada
  • 学会等名: 26th IUPAC International Symposium on Photochemistry
  • 発表場所: Osaka, Japan
  • 年月日: 2016-04-03 – 2016-04-08
  • 国際学会
• [備考] 奈良先端科学技術大学院大学 有機光分子科学研究室
  • URL: http://mswebs.naist.jp/LABs/env_photo_greenmat/