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2013 年度 実績報告書

非晶質凝縮相を形成する高分子錯体の創出とエネルギー変換・貯蔵素子への応用

公募研究

研究領域配位プログラミング ― 分子超構造体の科学と化学素子の創製
研究課題/領域番号 24108739
研究機関早稲田大学

研究代表者

小柳津 研一  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (90277822)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2014-03-31
キーワード高分子錯体 / 光電変換 / 光電荷分離 / 電荷輸送 / 有機電池 / 複合膜 / 酸化還元電位 / チタニア電極
研究概要

前年度の研究成果に基づき、高密度レドックスポリマー複合膜における電子移動と、それに伴うイオン輸送の全容解明により、有機光電変換に不可欠な革新的ポリマー・金属錯体複合素子を創出するとともに、金属錯体の光誘起電子・エネルギー移動を組み込んだ電荷分離・輸送系へ拡張し、光電変換能を引き出すことを目的として研究展開した。本年度の成果内容は以下の通りである。
(1) n型レドックス席への拡張:n型酸化還元電位と電極反応の速度定数を把握し、酸化チタンのフェルミレベルに近い準位で可逆的な1電子移動を示すn型レドックス席を絞り込んだ。次いでこれらをペンダント置換基として導入した高密度レドックスポリマーを分子量高く合成し、電極修飾膜でn型容量を実測した。(2) n型電荷輸送の確立:酸化チタンのフェルミレベル近傍で可逆的1電子レドックス席を高密度に含有するレドックスポリマーは、励起色素から受け渡された電子を高エネルギー準位を保ったまま輸送でき、自己電子交換により電荷分離距離が顕著に増加するため、逆電子移動による電荷再結合を抑制できることを明らかにした。光電荷分離による起電力発生を実証し、従来にない全有機湿式太陽電池の実現に向けたn型輸送材料として確立した。初年度に得られたn型ポリマー膜に色素として働く金属錯体と電荷補償系を共存させ、光起電力の発生を確かめた。(3) n型ポリマーを用いた光電変換系の確立:透明電極上に形成させたn型ポリマー膜に、金属錯体(色素)を擬不均一系での高密度担持や、それをペンダント基とする高分子錯体の積層により複合した。光照射下での開回路電圧を測定し、蓄積される電荷密度を求めた。また、減衰挙動から逆電子移動を含めた速度パラメータを見積もった。選定されたn型電荷輸送層とp型電荷補償系を共存させたセルを構成し、開放電圧、短絡電流、フィルファクター、光電変換効率を把握し、高い開放電圧を引出した。

現在までの達成度 (区分)
理由

25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

25年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (3件) (うち招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Self-doping Inspired Zwitterionic Pendant Design of Radical Polymers toward a Rocking-chair-type Organic Cathode-active Material2013

    • 著者名/発表者名
      I. -S. Chae, M. Koyano, K. Oyaizu, H. Nishide
    • 雑誌名

      J. Mater. Chem. A

      巻: 1 ページ: 1326-1333

    • DOI

      10.1039/c2ta00785a

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Polyviologen Hydrogel with High-rate Capability for Anodes toward an Aqueous Electrolyte-type and Organic-based Rechargeable Device2013

    • 著者名/発表者名
      N. Sano, W. Tomita, S. Hara, C. -H. Min, J. -S. Lee, K. Oyaizu, H. Nishide
    • 雑誌名

      ACS Appl. Mater. Interfaces

      巻: 5 ページ: 1355-1361

    • DOI

      10.1021/am302647w

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Enhanced Bimolecular Exchange Reaction through Programmed Coordination of a Five-coordinate Oxovanadium Complex for Efficient Redox Mediation in Dye-sensitized Solar Cells2013

    • 著者名/発表者名
      K. Oyaizu, N. Hayo, Y. Sasada, F. Kato, H. Nishide
    • 雑誌名

      Dalton Trans.

      巻: 42 ページ: 16090-16095

    • DOI

      10.1039/C3DT51698A

    • 査読あり
  • [学会発表] 有機ラジカル型色素増感太陽電池の高機能化2014

    • 著者名/発表者名
      小柳津研一, 西出宏之
    • 学会等名
      日本化学会第94春季年会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      20140327-20140327
    • 招待講演
  • [学会発表] ラジカルイオン電池の最新動向2013

    • 著者名/発表者名
      小柳津研一, 西出宏之
    • 学会等名
      高分子学会第22回ポリマー材料フォーラム
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      20131128-20131128
    • 招待講演
  • [学会発表] 創電・エネルギー貯蔵分野における高分子未来材料2013

    • 著者名/発表者名
      小柳津研一
    • 学会等名
      第58回高分子夏季大学
    • 発表場所
      広島
    • 年月日
      20130718-20130718
    • 招待講演

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公開日: 2015-05-28  

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