高い安定性を維持する有機―無機複合ナノシートのボトムアップ合成法を開発 東京理科大

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東京理科大学は2021年7月15日、同大学研究推進機構総合研究院などの研究グループが、有機―無機複合二次元物質の配位ナノシート(CONASH)であるビス(ジチオラト)鉄(II)(FeBHT)の大きな良質フィルムを室温でボトムアップ合成する方法の開発に成功したと発表した。この方法で合成したフィルムを用いたセルフパワー光検出器は、高い安定性を長期間維持することが可能で、同大は革新的なデバイス開発への応用が期待できるとしている。

今回、研究グループは、まず室温下で、鉄イオン(Fe2+)と臭化ナトリウム(NaBr)を含む水溶液が上層に、ベンゼンヘキサチオール(BHT)を溶解したジクロロメタン(CH2Cl2)が下層になるようにして窒素中に静置し、2層の界面にFeBHTを生成させた。この方法で合成されたFeBHTは、水やジクロロメタンに対し不溶性を示した。

次に、このFeBHTを酸化インジウムスズ(ITO)/酸化スズ(SnO2)基板上に吸着させてエタノールで洗浄。さらに、その上に正孔輸送層Spiro-OMeTADと金(Au)をドープすることで、セルフパワー光検出器を作製した。この光検出器で、ITOは陽極、Auは陰極、SnO2は電子伝達体として機能する。

そして、このセルフパワー光検出器の光応答特性および安定性を研究グループが測定したところ、40ms未満の短い応答時間、6.57mA/Wの高いスペクトル応答性、3.13×1011Jonesの高い比検出率、365nmで2.23%の外部量子効率の光応答を示すことを確認した。また、FeBHTセルフパワー光検出器は、大気下で非常に高い長期安定性を有することも分かった。

有機―無機複合二次元物質は、目的に合った多彩な化学・物理構造を設計できるとして、オプトエレクトロニクス分野で注目を集めている。しかし、有機―無機複合二次元物質は有機分子を含むことから安定性が低く、これまで光電池などへの応用は困難だとされてきた。

同研究グループは、今回、室温で作製できた安定性の高い受光膜は、電源不要の受光センサーだけでなく、効率良く光を吸収して電流に変換するエネルギー供給素子としての活用が期待できるとし、将来的にはモバイル機器のほか、商品などの光照射履歴などを記録する用途への転用も可能だとしている。

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