カレー色素で太陽電池の炭素のみで構成される直径 1 ナノメートルの（名古屋大学

サッカーボール型をした中空の球状分子であ連絡先：〒 464-8603

工学研究科

応用物理澤博名古屋市千種区不老町）

る．大量合成が可能となり，多くの物性研究がURL：http://www.mcr.nuap.nagoya-u.ac.jp/進んだことから，近年ナノテクノロジー材料のindex.html［2010 年 8 月 18 日原稿受付］中心的存在として，電子デバイス，エネルギー，環境，医療など広範な分野において産業化が進

3 種金属イオンの集積による人工光合成

名古屋大学大学院生命農学研究科の松見紀佳んでいる．この C60 分子発見直後から，中空の准教授，ラーマン ヴェーダラージャン研究員，フラーレン分子中に金属原子を内包させること

高橋 誠大学院生の研究グループは，カレーのでその機能や性質を制御，拡張できると考えら

東京大学の橋本和仁教授らの研究グループ

黄色色素クルクミンを活用した低コスト型色素れ，世界中の多くの研究者が C60 への金属内包（中村龍平助教，大学院生の高嶋敏宏）は，自増感太陽電池の開発に成功した．2010 年 5 月 26に挑戦してきた．しかし，金属を内包させるこ然界で見られる金属イオンの特異な結合に着目

日～ 28 日にパシフィコ横浜で開催された第 59とによりこの分子の反応性が高まり，発見からし，特定の組み合わせでシリカ上に金属イオン

回高分子学会年次大会において成果を発表した．

20 年以上経った今日までその単離と分子構造を積み上げる手法を開発した．耐久性の高い無決定は成功していなかった．

機分子系・人工光合成デバイスとしての利用が現在，色素増感太陽電池向け色素として最も広範に検討されているものはルテニウム錯体化（株）イデアルスター（代表取締役社長合物であるが，レアメタルを利用するためのコ泰彦）と東北大学の飛田博実教授の研究グルースト面の問題があると同時に，元素戦略的にもプは，リチウムイオンを内包した C60 フラーレ

レアメタルへの依存を低減するための開発努力

ン Li@C60 をプラズマシャワー法と呼ばれる独が行われている．

笠間

期待される．

自の手法を用いて高収率で合成し，完全に単離，そこで当研究グループでは，最も身近な天然結晶化することに成功した．

色素の一つであるカレーの黄色色素クルクミン

名古屋大学の澤博教授の研究グループの青を集光アンテナとして活用することにより，わ柳

ずかな量のルテニウムで 0.5V を上回る光起電

高分解能単結晶 X 線回折実験を行い，Li@C60 の一般に，3 種類の金属イオンを狙った順序で圧を示す色素増感太陽電池の構築に成功した．

Li 内包証明，分子構造決定に成功した．精密並べ，光反応中心として利用することは，金属忍助教は，放射光施設 SPring-8 を用いてクルクミンを原料として合成したポリエステ

電子密度解析の結果，C60 に内包されたリチウイオンの酸化還元電位ならびに酸化数の同時制

ルはベータジケトンというルテニウムと結合しムが中心から 0.13nm はずれた位置にあり，今御を必要とするため困難である．そこで同研究やすい部位を有しており，その構造を介してルまで同グループにより観測されていた H2@C60，グループは，鉱床で酸化マンガンにセリウムイテニウムを担持させることができる．今回の系

Ar@C60 とは全く異なる様相を呈している．こオンが特異吸着することなどをヒントに，マンでは高分子の繰り返し構造に対してルテニウムれら不活性分子が C60 ケージの中心位置に局在ガン，セリウム，タングステンを段階的に担持を 3unit％－4unit％導入するのみで優れた特性することから，C60 の内部のポテンシャル分布することを試みた．細孔径 3 ナノメートルのメを与えることが明らかとなった．

はケージ中央が安定点であることがわかってい

ソ ポ ー ラ ス シ リ カ（MCM-41） に 担 持 し た

豊富な天然色素であるクルクミンを集光アンる．ところが，C60 に内包されたリチウム原子

Mn2O3 ナノ粒子を金属イオン集積のための基テナとして利用した低コスト型光電変換システは結晶内では陽イオンとなっており，理論的に礎として利用した．なおこの Mn2O3 ナノ粒子

ムの構築は普及拡大に向けた起爆剤となりうるも予測されていた C60 の中心位置から外れた骨は，4 価の Ce イオンを酸化剤として用いた場合，アプローチであると同時に，わずかなルテニウ格炭素の 6 員環の近くに配置していた．結晶構

水の酸化分解にともなう酸素発生反応を触媒すムの担持で機能することから，元素戦略上大き造解析から，この電気的な極性を持った Li+@ることを蛍光消光式酸素センサーにより確認しな利点があると考えられる．

C60 分子が結晶中に二次元的に配列し，対陰イている．これに Ce（NO3）
3・6H2O，そして 12 核

蛍光スペクトルを利用した解析により，クルオンと静電的に引き合っていることがわかった．

W クラスター（H3PW12O40）を順に反応させた．

クミンに照射された光励起エネルギーの約 4 割

この結果は，多くの理論予測によって期待され各金属の担持状態は，X 線吸収端近傍構造測定が電気エネルギーに変換されたことがわかった．

ていた Li@C60 の単分子スイッチや強誘電薄膜および FT-Raman により検討を行った．その得られた高分子色素のクロロホルム溶液に，などへの応用の可能性を強く示唆している．

結果，3 ナノメートルの細孔内において，CeITO 上に酸化チタンをペーストし焼成した電極イオンが選択的に Mn2O3 ナノ粒子上に結合し，を含浸させ，白金電極とサンドイッチしたのち酸素を介して Ce が Mn2O3 と H3PW12O40 を繋ぐ電極間にレドックスイオンを含む電解液を注入ことで，3 種金属が Mn・Ce・W の順でシリカしてサンドイッチ型セルを構築した．ソーラー上に積層することを明らかにした．

シミュレータ（ペクセルテクノロジー製 PECL01）

植物などの光合成では，4 核 Mn クラスターがで光照射した際の光起電圧は最大で Voc＝0.53V活性中心として働き，酸素発生反応を行っていであった（ビーエーエス社製 ALS600C をアナる．その際，アミノ酸の一種であるチロシンが酸化剤としての役割を担っている．今回開発したライザーとした．）．

金属集積体は，Ce（3+）/W（6+）→Ce（4+）/W（5+）

当研究グループではさらに構造の異なるクル
クミン由来高分子へのルテニウムの導入により，次世代の太陽電池として国際的開発競争が激に由来する光誘起・電荷移動を紫外から 570 ナ

集光効率とエネルギー変換効率の向上を目指す化している有機太陽電池では，柔軟性に富み，ノメートルまでの波長域に示す．光吸収によっ方針である．

利用形態の多様性から C60 の利用が必須と考えて生成する Ce（4+）は高い酸化力を持っている

松見紀佳

られており，米国ではいよいよ実用化が始まっため，Mn2O3 の酸化剤として働くことが期待で

名古屋市千種区不老町）

た．C60 より小さなエネルギーで電子を引き抜きる． 将来的には， 触媒設計の自由度が高い［2010 年 8 月 14 日原稿受付］

くことがわかった Li@C60 の出現は，太陽電池

12 核 W クラスターに，Ni などの二酸化炭素還元の高性能化に新たな可能性を切り拓く．構造なサイトを導入することで，無機物のみから構成らびに電子物性が明らかにされた Li@C60 の応される太陽光・二酸化炭素固定材料の開発につ用研究が，ナノが切り拓く広範な分野にわたっながることが期待される．

（名古屋大学大学院生命農学研究科
連絡先：〒 464-8601

フラーレンの機能制御，リチウムイオン内包 C60
C60 フラーレンは，1985 年に発見された 60 個セラミックス

45（2010）No. 10て展開していくと期待される．

［2010 年 8 月 18 日原稿受付］

847