【化学/エネルギー】電子輸送層とホール輸送層の2つの分子グラフェンの接合に成功―東大など
東大など、電子輸送層とホール輸送層の2つの分子グラフェンの接合に成功
東京大学と理化学研究所(理研)の研究グループは、「電子を流す分子グラフェン層(電子
輸送層)」と「ホールを流す分子グラフェン層(ホール輸送層)」が、ナノレベルの精度で真っ
すぐに接合した炭素ナノチューブの開発に成功したことを発表した。筒状の構造を持つ同
ナノチューブは、光を照射すると発生する電子とホールがきれいに分離し、長寿命の電荷
分離状態を実現することが判明、これは高効率な有機薄膜太陽電池にとって理想的な
構造を実現したものだという。同成果は、東大大学院工学系研究科の相田卓三教授、
理研基幹研究所エネルギー変換研究チームの福島孝典チームリーダー(東京工業大学
教授)、東京大学大学院博士課程の張維研修生、および大阪大学大学院工学研究
科の関修平教授らによるもので、米国の科学雑誌「Science」(オンライン版)に掲載された。
クリーンエネルギーとしての太陽電池の活用に期待が高まっているが、中でも柔軟かつ軽量、
さらに低コストで大面積化が可能な有機薄膜太陽電池の実用化に向けた研究が各地で
進められている。
高効率化には、電子を流す層(電子輸送層)とホールを流す層(ホール輸送層)が相分離
した状態で、おのおのの接触面積を最大限に広くとることが必要であり、これまでは、電子
輸送性の分子とホール輸送性の分子の混合物を基板上へ塗布する手法が用いられて
きた。しかし、それぞれの層の厚みや接触界面を精密に制御することは困難であり、せっかく
光を照射して電荷(電子とホール)を発生させても、すぐに消滅してしまうという問題点があった。
研究グループでは、「ヘキサベンゾコロネン」と呼ばれるグラファイトの一部を切り出したホール
輸送性の平板状分子(HBC)と、この分子骨格にフッ素原子を導入して電子輸送性を
付与したHBC分子(FHBC)に着目して研究を行ってきており、2003年には、HBCに「水に
なじむ部分(親水性)」と「油になじむ部分(疎水性)」という相反する性質を導入した分子
を合成して、それらが自発的に組織化し、それぞれナノチューブ状の構造体になることを
見いだしていた。
今回の研究では、ナノチューブがナノレベルで精密な構造であることを利用して、理想的な
相分離を実現し、発生させた電荷の長寿命化に挑んだという。
具体的には、HBCとFHBCの2つの分子グラフェンを精度よく接合して、ナノサイズの筒状の
新しい炭素ナノチューブを考案した。同ナノチューブに、親水性と疎水性を適切に導入し、
さらに、HBCからできたナノチューブには、金属を補足する能力をもったビピリジンを付加した。
http://journal.mycom.co.jp/photo/news/2011/10/24/052/images/011l.jpg
図1 ホール輸送性のHBC と電子輸送性のFHBC の分子構造
通常、HBCとFHBCのナノチューブは、凝集して大きな束になるが、ここに銅イオンを加えると、
ピピリジンが銅イオンを取り込み、銅イオン同士の反発で束がほどけ、1本1本の独立したナノ
チューブを得ることができた。
http://journal.mycom.co.jp/photo/news/2011/10/24/052/images/012l.jpg
http://www.sciencemag.org/content/334/6054/340/F1.large.jpg
図2 分子構造の規則性を保ったまま接合した炭素ナノチューブの作製法
大きな束では隠れていたナノチューブの断面部は、ばらばらになるとむき出しになるため、そこ
から接ぎ木をするように別のナノチューブを成長させることが可能になる。
実際、HBCのナノチューブが分散している溶剤にFHBCの溶液を加えると、HBCの断面から
FHBCのナノチューブがほぼ100%の確率で成長することが確認された。電子顕微鏡で観察
した結果、この2種類のナノチューブが真っすぐに接合し、分子構造の規則性を保ったまま
1つのナノチューブとなっていることが判明した。
マイコミジャーナル 2011/10/24
http://journal.mycom.co.jp/news/2011/10/24/052/index.html
>>2辺りに続く
東京大学と理化学研究所(理研)の研究グループは、「電子を流す分子グラフェン層(電子
輸送層)」と「ホールを流す分子グラフェン層(ホール輸送層)」が、ナノレベルの精度で真っ
すぐに接合した炭素ナノチューブの開発に成功したことを発表した。筒状の構造を持つ同
ナノチューブは、光を照射すると発生する電子とホールがきれいに分離し、長寿命の電荷
分離状態を実現することが判明、これは高効率な有機薄膜太陽電池にとって理想的な
構造を実現したものだという。同成果は、東大大学院工学系研究科の相田卓三教授、
理研基幹研究所エネルギー変換研究チームの福島孝典チームリーダー(東京工業大学
教授)、東京大学大学院博士課程の張維研修生、および大阪大学大学院工学研究
科の関修平教授らによるもので、米国の科学雑誌「Science」(オンライン版)に掲載された。
クリーンエネルギーとしての太陽電池の活用に期待が高まっているが、中でも柔軟かつ軽量、
さらに低コストで大面積化が可能な有機薄膜太陽電池の実用化に向けた研究が各地で
進められている。
高効率化には、電子を流す層(電子輸送層)とホールを流す層(ホール輸送層)が相分離
した状態で、おのおのの接触面積を最大限に広くとることが必要であり、これまでは、電子
輸送性の分子とホール輸送性の分子の混合物を基板上へ塗布する手法が用いられて
きた。しかし、それぞれの層の厚みや接触界面を精密に制御することは困難であり、せっかく
光を照射して電荷(電子とホール)を発生させても、すぐに消滅してしまうという問題点があった。
研究グループでは、「ヘキサベンゾコロネン」と呼ばれるグラファイトの一部を切り出したホール
輸送性の平板状分子(HBC)と、この分子骨格にフッ素原子を導入して電子輸送性を
付与したHBC分子(FHBC)に着目して研究を行ってきており、2003年には、HBCに「水に
なじむ部分(親水性)」と「油になじむ部分(疎水性)」という相反する性質を導入した分子
を合成して、それらが自発的に組織化し、それぞれナノチューブ状の構造体になることを
見いだしていた。
今回の研究では、ナノチューブがナノレベルで精密な構造であることを利用して、理想的な
相分離を実現し、発生させた電荷の長寿命化に挑んだという。
具体的には、HBCとFHBCの2つの分子グラフェンを精度よく接合して、ナノサイズの筒状の
新しい炭素ナノチューブを考案した。同ナノチューブに、親水性と疎水性を適切に導入し、
さらに、HBCからできたナノチューブには、金属を補足する能力をもったビピリジンを付加した。
http://journal.mycom.co.jp/photo/news/2011/10/24/052/images/011l.jpg
図1 ホール輸送性のHBC と電子輸送性のFHBC の分子構造
通常、HBCとFHBCのナノチューブは、凝集して大きな束になるが、ここに銅イオンを加えると、
ピピリジンが銅イオンを取り込み、銅イオン同士の反発で束がほどけ、1本1本の独立したナノ
チューブを得ることができた。
http://journal.mycom.co.jp/photo/news/2011/10/24/052/images/012l.jpg
http://www.sciencemag.org/content/334/6054/340/F1.large.jpg
図2 分子構造の規則性を保ったまま接合した炭素ナノチューブの作製法
大きな束では隠れていたナノチューブの断面部は、ばらばらになるとむき出しになるため、そこ
から接ぎ木をするように別のナノチューブを成長させることが可能になる。
実際、HBCのナノチューブが分散している溶剤にFHBCの溶液を加えると、HBCの断面から
FHBCのナノチューブがほぼ100%の確率で成長することが確認された。電子顕微鏡で観察
した結果、この2種類のナノチューブが真っすぐに接合し、分子構造の規則性を保ったまま
1つのナノチューブとなっていることが判明した。
マイコミジャーナル 2011/10/24
http://journal.mycom.co.jp/news/2011/10/24/052/index.html
>>2辺りに続く
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http://journal.mycom.co.jp/photo/news/2011/10/24/052/images/013l.jpg
図3 HBCとFHBC が直結したヘテロ接合ナノチューブの顕微鏡写真。透過型電子顕微鏡
写真(左)と走査型電子顕微鏡写真(右)
このナノチューブに光を照射し電気特性を調べたところ、接合界面で発生した電子とホールは
きれいに分離し、接合構造を持たないナノチューブの場合より4倍〜6倍も長寿命化することが
確認された。
http://journal.mycom.co.jp/photo/news/2011/10/24/052/images/014l.jpg
図4 光照射で発生した電荷の寿命。ヘテロ接合構造を完璧に作り込むことで、光で発生した
電荷の寿命が4〜6倍長くなる(Scienceより転載)
これはホールと電子がきれいな接合面を境に別々のナノチューブ上にいるため、電荷再結合に
よる消滅が抑制されたためと考えられると研究グループでは説明している。
同ナノチューブは、ホール輸送層と電子輸送層のそれぞれが高い秩序を持っているため、電子
やホールは高い移動度を示すことが予想されるという。また、分子レベルで完全に密着した接合
界面は光による電荷の発生に有利であるほか、この界面で生成した電荷は完全に分離した別々
のナノチューブへと運ばれ、電荷の再結合による消滅を抑制することができるため、同ナノチューブ
に電極を接続する技術が開発できれば、高い光電変換効率の有機薄膜太陽電池の実現に
向けた足がかりになるものとの研究グループでは説明している。
電子輸送層とホール輸送層の2つの分子グラフェンを接合−飛躍的な高効率有機薄膜太陽電池の
開発に期待− ： 化学生命工学専攻 相田卓三教授
東京大学プレスリリース 2011/10/21
http://www.t.u-tokyo.ac.jp/epage/release/2011/102101.html
http://www.t.u-tokyo.ac.jp/pdf/2011/111018_aida_f.pdf
Supramolecular Linear Heterojunction Composed of Graphite-Like Semiconducting Nanotubular Segments
Wei Zhang, Wusong Jin, Takanori Fukushima, Akinori Saeki, Shu Seki, Takuzo Aida
Science 21 October 2011: Vol. 334 no. 6054 pp. 340-343 DOI: 10.1126/science.1210369
http://www.sciencemag.org/content/334/6054/340.abstract
図3 HBCとFHBC が直結したヘテロ接合ナノチューブの顕微鏡写真。透過型電子顕微鏡
写真(左)と走査型電子顕微鏡写真(右)
このナノチューブに光を照射し電気特性を調べたところ、接合界面で発生した電子とホールは
きれいに分離し、接合構造を持たないナノチューブの場合より4倍〜6倍も長寿命化することが
確認された。
http://journal.mycom.co.jp/photo/news/2011/10/24/052/images/014l.jpg
図4 光照射で発生した電荷の寿命。ヘテロ接合構造を完璧に作り込むことで、光で発生した
電荷の寿命が4〜6倍長くなる(Scienceより転載)
これはホールと電子がきれいな接合面を境に別々のナノチューブ上にいるため、電荷再結合に
よる消滅が抑制されたためと考えられると研究グループでは説明している。
同ナノチューブは、ホール輸送層と電子輸送層のそれぞれが高い秩序を持っているため、電子
やホールは高い移動度を示すことが予想されるという。また、分子レベルで完全に密着した接合
界面は光による電荷の発生に有利であるほか、この界面で生成した電荷は完全に分離した別々
のナノチューブへと運ばれ、電荷の再結合による消滅を抑制することができるため、同ナノチューブ
に電極を接続する技術が開発できれば、高い光電変換効率の有機薄膜太陽電池の実現に
向けた足がかりになるものとの研究グループでは説明している。
電子輸送層とホール輸送層の2つの分子グラフェンを接合−飛躍的な高効率有機薄膜太陽電池の
開発に期待− ： 化学生命工学専攻 相田卓三教授
東京大学プレスリリース 2011/10/21
http://www.t.u-tokyo.ac.jp/epage/release/2011/102101.html
http://www.t.u-tokyo.ac.jp/pdf/2011/111018_aida_f.pdf
Supramolecular Linear Heterojunction Composed of Graphite-Like Semiconducting Nanotubular Segments
Wei Zhang, Wusong Jin, Takanori Fukushima, Akinori Saeki, Shu Seki, Takuzo Aida
Science 21 October 2011: Vol. 334 no. 6054 pp. 340-343 DOI: 10.1126/science.1210369
http://www.sciencemag.org/content/334/6054/340.abstract
3行で頼む
4 ：名無しのひみつ：2011/10/29(土) 09:40:13.89 ID:kQ72DZl5
チョンが濡れ手で粟朴李
東大は優秀な中国人研修生がたくさんいるからねぇ
東大は(技術スパイ技能の）優秀な中国人研修生がたくさんいるからねぇ
7 ：名無しのひみつ：2011/10/29(土) 10:08:20.19 ID:dkw641vS
1行でいきます。へきさごんふぁみりー
8 ：名無しのひみつ：2011/10/29(土) 10:13:23.79 ID:YQuwtUVg
9 ：名無しのひみつ：2011/10/29(土) 10:21:39.43 ID:4pl6ms/T
分子グラフェンって言い方はどうなんだ
10 ：名無しのひみつ：2011/10/29(土) 10:23:42.38 ID:MY0sLX1q
11 ：名無しのひみつ：2011/10/29(土) 10:25:01.52 ID:PA2Bq5A6
>>10
留学生に配ってる金を日本人に配ればいいだけなんだけどね。
留学生に配ってる金を日本人に配ればいいだけなんだけどね。
12 ：名無しのひみつ：2011/10/29(土) 10:36:39.12 ID:wLKLSMCu
中国ウマーになる悪寒
つい最近の最小ナノチューブもそうだけど
化学屋はバンド構造考えて論文のタイトル付けろよｗ
化学屋はバンド構造考えて論文のタイトル付けろよｗ
14 ：名無しのひみつ：2011/10/29(土) 10:53:17.14 ID:o2fLKwuD
大学−企業間、もしくは大学-社会の流れをもっと柔軟にせんと、日本人研究者は残らん。
結構深刻な構造的問題。
結構深刻な構造的問題。
15 ：名無しのひみつ：2011/10/29(土) 11:04:59.57 ID:iO6Ij/q9
スコッチテープ法で太陽光電池を量産化。90％以上の高効率・超寿命・超低価格…エネルギー革命で、ノーベル賞受賞！
…と妄想してみた
…と妄想してみた
16 ：名無しのひみつ：2011/10/29(土) 14:43:45.30 ID:bzu38ng2
予想どおり 相田「流行大好き」卓三 か。ようやるよｗｗ
ほんとまたこいつかって感じだな。ミーハーすぎるだろ。
相田研はいろんな意味で注目されるよね。
CNTをPN接合したんだろ。すごいじゃん。
太陽電池なんて安物勝負の業界より、半導体として伸ばしたほうがいいんじゃないの。
太陽電池なんて安物勝負の業界より、半導体として伸ばしたほうがいいんじゃないの。
21 ：名無しのひみつ：2011/10/31(月) 18:31:31.72 ID:uZY4LeMm
さっぱりわからん件
炭素って光を当てただけで、電子が遊離するのか？
23 ：名無しのひみつ：
公安はサリンオウム信者の子供を40歳まで社会から隔離している
オウム信者が地方で現在も潜伏している…それが新興宗教を配下としている公安の仕事だ
で、盗聴機器を開発したら、霊魂が寄って来た
で、お願いだから刑事事件の流れをどうぞ
電波憑依
スピリチャルを否定なら
江原氏三輪氏高橋佳子大川隆法は強制入院だ
幻聴降臨
日本の中途半端な宗教は怖いね…(-_-;)
コードレス盗聴すでに2004国民の20%は被害者もう立ち上がれエンジニアさん電波戦争しかない<+>中国鶏姦工作員ふざけるな<+>医師が開発に絡んだ集スト今年の５月に日本警視庁防犯課は被害者のSDカード15分を保持した。有る!国民に出せ!!
＊創価は潰せる
犯人は創刊学会幹部キタオカ1962年東北生は、二十代で2人の女性をレイプ殺害して入信した
創価本尊はこれだけで潰せる
＊創価幹部は韓国工作員こうのとり学会軍団
創価会員と言えば公明党
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オウム信者が地方で現在も潜伏している…それが新興宗教を配下としている公安の仕事だ
で、盗聴機器を開発したら、霊魂が寄って来た
で、お願いだから刑事事件の流れをどうぞ
電波憑依
スピリチャルを否定なら
江原氏三輪氏高橋佳子大川隆法は強制入院だ
幻聴降臨
日本の中途半端な宗教は怖いね…(-_-;)
コードレス盗聴すでに2004国民の20%は被害者もう立ち上がれエンジニアさん電波戦争しかない<+>中国鶏姦工作員ふざけるな<+>医師が開発に絡んだ集スト今年の５月に日本警視庁防犯課は被害者のSDカード15分を保持した。有る!国民に出せ!!
＊創価は潰せる
犯人は創刊学会幹部キタオカ1962年東北生は、二十代で2人の女性をレイプ殺害して入信した
創価本尊はこれだけで潰せる
＊創価幹部は韓国工作員こうのとり学会軍団
創価会員と言えば公明党
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