2002 Fiscal Year Annual Research Report
Project/Area Number |
02J05113
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Research Institution | Osaka University |
Principal Investigator |
羽曾部 卓 大阪大学, 大学院・工学研究科, 特別研究員(DC1)
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Keywords | 電子移動反応 / ポルフィリン / 光合成 / 有機太陽電池 / 自己組織化単分子膜 / 光電流 / ITO / 光誘起電子移動 |
Research Abstract |
本研究では、光合成型有太陽電池の実用化に向け、光吸収能及び電子移動特性に優れたポルフィリンを用いて、構成分子の励起状態の失活を抑えるITO電極上にポルフィリン自己組織化単分子膜の作製を行った。特に、自己組織化単分子膜は単分子であるために光の吸収効率が低いことが問題となっている。従って実用化には光の吸収効率の向上および吸収波長領域の太陽光分布との一致、さらに高効率な電荷分離の形成が必要となる。メソ位で連結したポルフィリンオリゴマーは上記の前者の要請を満たす特性を有している。そこで、まず光吸収能の改善を目指しポルフィリンオリゴマーであるポルフィリンテトラマー(4量体)を共有結合で連結させて単分子膜を作製し、その光電変換特性および電極上でのキャラクタリゼーシヨンの検討を行った。比較としてポルフィリンモノマー(単量体)及びポルフィリンダイマー(二量体)の自己組織化単分子膜を作製した。ポルフィリンの合成はリンゼー法を用いて合成し、オリゴマー化にはスズキクロスカップリング及びトリフルオロリン酸銀を用いてメソ位で連結したポルフィリンダイマー及びポルフィリンモノマーの合成を行った。さらにこれらをシラン化合物を用いてITO電極とポルフィリンを共有結合で修飾した自己組織化単分子膜を作製した。まず、その紫外可視吸収スペクトルの測定を行ったところ、ポルフィリンの数をモノマー、ダイマー、テトラマーと増やしていくに従い、波長領域の大幅な広域化が観測され、特にポルフィリンテトラマーでは可視領域大きくカバーすることに成功した。また、電極上のポルフィリンのSoret帯は溶液中のポルフィリン参照化合物に比べて長波長シフトし、ブロードになった。これは電極上のポルフィリンの相互作用によるものと考えられる。一方、これらの光電気化学特性を電解質溶液に犠牲剤としてトリエタノールアミンを添加した湿式3極系で評価した。420nm光励起の同一条件下での光電流発生の量子収率を測定したところポルフィリンモノマー、ダイマー及びテトラマーはそれぞれ、1.7±0.3%、2.6±0.3%、3.2±0.4%となった。また、単位電極面積の吸着分子モルあたりのアクションスペクトルの積分値はモノマーの系と比較してダイマーでは2.5倍、テトラマーでは6.5倍となった。従って、単一波長の光電流発生の量子収率のみならず、可視光領域全体での光電変換特性でもポルフィリンをオリゴマー化することによりその効果が顕著に現れた。
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Research Products
(3 results)
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[Publications] Taku Hasobe et al.: "Large Photocurrent Generation of Gold Electrodes Modified with [60]Fullerene-Linked Oligothiophenes Bearing a Tripodal Rigid Anchor"The Journal of American Chemical Society. 124. 532-533 (2002)
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[Publications] Taku Hasobe et al.: "Linkage Dependent Charge Separation and Charge Recombination in Porphyrin-Pyromellitimide-Fullerene"The Journal of Physical Chemistry A. 106. 2803-2814 (2002)
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[Publications] Taku Hasobe et al.: "Enhancement of Light-Harvesting and Photocurrent Generation by ITO Electrodes Modified with meso, meso-Linked Porphyrin Oligomers"Nano Letters. 3(印刷中). (2003)