配向が制御された内外修飾カーボンナノチューブによるデバイス作製

2010 年度 実績報告書

• 研究領域: カーボンナノチューブナノエレクトロニクス
• 研究課題/領域番号: 22016006
• 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, 助教 (30378806)
• キーワード: ナノチューブ / フラーレン / ピーポッド / 化学修飾 / 太陽電池 / 過渡吸収分光 / ポリチオフェン / 蛍光寿命

研究概要

本研究では、カーボンナノチューブ(CNT)を足場としてフラーレンを配列させ、それを光電変換材料に用いることを目的としている。平成22年度は、有機薄膜太陽電池光活性層における電子アクセプターとして広く用いられるフラーレンC_<60>あるいはC_<70>を内包した単層カーボンナノチューブ(C_<60>@SWNT、C_<70>@SWNT)と、電子ドナーとして広く用いられるポリ(3-ヘキシルチオフェン)(P3HT)からなる複合体を作製し、その励起状態挙動および光電気化学特性を詳細に検討した。
C_<60>@SWNT-P3HT複合体の過渡吸収スペクトルを測定したところ、0.11ピコ秒および0.76ピコ秒の寿命を有する減衰成分が観測された。その形状から、短寿命成分はP3HTの励起一重項状態に帰属できる。さらに、蛍光寿命測定により長寿命成分は発光性であることが確認されたため、これはエキシプレックスに帰属できる。また、過渡吸収スペクトルにおいてP3HTカチオンや、フラーレンアニオンに由来するシグナルは観測されなかったため、複合体の光励起により電子移動は起こらないことが示唆された。
さらに、ピーポッド-P3HT複合体薄膜で修飾された半導体電極の光電流発生の作用スペクトルを測定したところ、P3HTの吸収に由来するIPCE(incident photon-to-current efficiency)値の向上は見られなかった。これは、電荷分離が起きていないことを示唆する過渡吸収測定の結果と一致する。

研究成果

• [雑誌論文] Photophysics and Photoelectrochemical Properties of Nanohybrids Consisting of Fullerene-Encapsulated Single-Walled Carbon Nanotubes and Poly-(3-hexylthiophene) (2011)
  • 著者名/発表者名: N.Tezuka, T.Umeyama, Y.Matano, T.Shishido, K.Yoshida, T.Ogawa, S.Isoda, K.Stranius, V.Chukharev, N.V.Tkachenko, H.Lemmetyinen, H.Imahori
  • 雑誌名: Energy & Environmental Science 巻: 4 ページ: 741-750
  • 査読あり
• [雑誌論文] J-Aggregation of a Sulfonated Amphiphilic Porphyrin at the Air-Water Interface as a Function of pH (2011)
  • 著者名/発表者名: G.de Miguel, K.Hosomizu, T.Umeyama, Y.Matano, H.Imahori, M.Perez-Morales, M.Martin-Romero, L.Camacho
  • 雑誌名: Journal of Colloid and Interface Science 巻: 356 ページ: 775-782
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stoichiometric Complexation of Supramolecular Composites for Organic Solar Cells Revealed by Solid-State NMR (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Kaji, H.Hayashi, T.Yamada, M.Ueda, S.Kang, T.Umeyama, Y.Matano, H.Imahori
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 98 ページ: 113301
  • 査読あり
• [雑誌論文] 光電変換を指向したカーボンナノチューブ複合材料 (2011)
  • 著者名/発表者名: 梅山有和
  • 雑誌名: 未来材料 巻: 11 ページ: 30-35
• [雑誌論文] Selective Formation and Efficient Photocurrent Generation of [70]Fullerene-Single-Walled Carbon Nanotube Composites (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Umeyama, N.Tezuka, S.Seki, Y.Matano, M.Nishi, K.Hirao, H.Lehtivuori, N.V.Tkachenko, H.Lemmetyinen, Y.Nakao, S.Sakaki, H.Imahori
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 22 ページ: 1767-1770
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of meso-Diarylamino Group of Porphyrins as Sensitizers in Dye-Sensitized Solar Cells on Optical, Electrochemical, and Photovoltaic Properties (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Imahori, Y.Matsubara, H.Iijima, T.Umeyama, Y.Matano, S.Ito, M.Niemi, N.V.Tkachenko, H.Lemmetyinen
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry C 巻: 114 ページ: 10656-10665
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of π-Elongation and Fused Position of Quinoxaline-Fused Porphyrins as Sensitizers in Dye-Sensitized Solar Cells on Optical, Electrochemical, and Photovoltaic Properties (2010)
  • 著者名/発表者名: A.Kira, Y.Matsubara, H.Iijima, T.Umeyama, Y.Matano, S.Ito, M.Niemi, N.V.Tkachenko, H.Lemmetyinen, H.Imahori
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry C 巻: 114 ページ: 11293-11304
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dispersion of Carbon Nanotubes by Photo- and Thermal-Responsive Polymers Containing Azobenzene Unit in the Backbone (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Umeyama, K.Kawabata, N.Tezuka, Y.Matano, Y.Miyato, K.Matsushige, H.Imahori
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 46 ページ: 5969-5971
  • 査読あり
• [雑誌論文] Good Solvent Effects of C_<70> Cluster Formations and Their Electron-Transporting and Photoelectrochemical Properties (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Tezuka, T.Umeyama, Y.Matano, T.Shishido, M.Kawasaki, M.Nishi, K.Hirao, H.Lehtivuori, N.V.Tkachenko, H.Lemmetyinen, Y.Honsho, S.Seki, H.Imahori
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry B 巻: 114 ページ: 14827-14297
  • 査読あり
• [雑誌論文] 有機薄膜太陽電池のしくみと高効率化に向けたナノカーボン材料の活用 (2010)
  • 著者名/発表者名: 梅山有和
  • 雑誌名: 化学と教育 巻: 58 ページ: 308-309
• [雑誌論文] 光電変換素子材料としてのカーボンナノチューブ (2010)
  • 著者名/発表者名: 梅山有和
  • 雑誌名: 化学と工業 巻: 63 ページ: 742
• [学会発表] フラーレンピーポッドーポリ(3-ヘキシルチオフェン)複合体の励起状態挙動および光電気化学特性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 梅山有和、手塚記庸、俣野善博、今堀博
  • 学会等名: 日本化学会第91春季年会
  • 発表場所: 神奈川大学
  • 年月日: 2011-03-28
• [学会発表] フラーレンピーポッドーポリ(3-ヘキシルチオフェン)複合体 (2011)
  • 著者名/発表者名: 梅山有和、手塚記庸、俣野善博、今堀博
  • 学会等名: 第40回フラーレン・ナノチューブ総合シンポジウム
  • 発表場所: 名城大学
  • 年月日: 2011-03-09
• [学会発表] 光電変換を目指したナノカーボン複合材料 (2011)
  • 著者名/発表者名: 梅山有和
  • 学会等名: 電子情報通信学会 電子デバイス研究会 特別ワークショップ 「ナノチューブ/グラフェンエレクトロニクス:成長からデバイス応用まで」
  • 発表場所: 首都大学東京(招待講演)
  • 年月日: 2011-03-07
• [学会発表] 光電荷分離・電荷輸送材料を指向した超分子化学 (2011)
  • 著者名/発表者名: 梅山有和
  • 学会等名: 超分子研究会 「電荷分離・電荷輸送を指向した超分子デザイン」
  • 発表場所: 大阪大学(招待講演)
  • 年月日: 2011-01-28
• [学会発表] Composites of Fullerenes and Functionalized Single-Walled Carbon Nanotubes (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Umeyama, H.Imahori
  • 学会等名: NMS-VI & FCPP-XX
  • 発表場所: 武漢、中国(招待講演)
  • 年月日: 2010-10-13
• [学会発表] フラーレン-カーボンナノチューブ複合材料 (2010)
  • 著者名/発表者名: 梅山有和、手塚記庸、俣野善博、今堀博
  • 学会等名: 第39回フラーレン・ナノチューブ総合シンポジウム
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2010-09-06
• [学会発表] Carbon Nanotube-Fullerene Composites for Novel Photoelectrochemical Devices (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Umeyama, N.Tezuka, Y.Matano, H.Imahori
  • 学会等名: IPS18
  • 発表場所: ソウル、韓国
  • 年月日: 2010-07-29
• [学会発表] Synthesis and Photovoltaic Properties of Porphyrin-Furan and-Thiophene Alternating Copolymers (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Umeyama, T.Takamatsu, N.Tezuka, Y.Matano, Y.Araki, T.Wada, O.Yoshikawa, T.Sagawa, S.Yoshikawa, H.Imahori
  • 学会等名: IPS18
  • 発表場所: ソウル、韓国
  • 年月日: 2010-07-26
• [学会発表] カーボンナノチューブ・フラーレン複合体の作製と光電気化学特性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 梅山有和、手塚記庸、俣野善博、今堀博
  • 学会等名: 第34回有機電子移動化学討論会
  • 発表場所: 大阪府立大学
  • 年月日: 2010-06-26
• [備考]
  • URL: http://www.moleng.kyoto-u.ac.jp/~moleng_05/umeyama.html
• [産業財産権] 化合物および該化合物を用いてなる薄膜 (2011)
  • 発明者名: 梅山有和、今堀博、小野昇、三宅邦仁
  • 権利者名: 住友化学株式会社
  • 産業財産権番号: 特願2011-052689
  • 出願年月日: 2011-03-10
• [産業財産権] カーボンナノチューブ含有膜の製造方法、カーボンナノチューブ分散液 (2010)
  • 発明者名: 梅山有和、今堀博
  • 権利者名: 国立大学法人京都大学
  • 産業財産権番号: 特願2010-106387
  • 出願年月日: 2010-05-06