古川 行夫 (フルカワ ユキオ)

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所属

理工学術院 先進理工学部

職名

教授

ホームページ

http://www.chem.waseda.ac.jp/furukawa/

兼担 【 表示 / 非表示

  • 理工学術院   大学院先進理工学研究科

  • 附属機関・学校   グローバルエデュケーションセンター

学内研究所等 【 表示 / 非表示

  • 2020年
    -
    2022年

    理工学術院総合研究所   兼任研究員

学歴 【 表示 / 非表示

  • 1988年03月
    -
    継続中

    東京大学大学院   理学博士取得  

  • 1981年04月
    -
    1982年03月

    東京大学大学院   理学系研究科   化学専攻博士課程  

  •  
    -
    1982年

    東京大学   Graduate School, Division of Science  

  • 1979年04月
    -
    1981年03月

    東京大学大学院   理学系研究科   化学専攻修士課程  

  • 1977年04月
    -
    1979年03月

    東京大学   理学部   化学科  

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学位 【 表示 / 非表示

  • 東京大学   理学博士

経歴 【 表示 / 非表示

  • 2007年03月
    -
    継続中

    早稲田大学理工学術院教授に配置換   Faculty of Science and Engineering

  • 1997年
    -
    継続中

    Professor, Waseda University (Dept of Chemistry)

  • 1997年09月
    -
    2007年03月

    早稲田大学理工学部教授   School of Science and Engineering

  • 1992年08月
    -
    1997年08月

    東京大学理学部助教授   Faculty of Science

  • 1992年
    -
    1997年

    Associate Professor, The University of Tokyo (Dept of Chemistry)

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所属学協会 【 表示 / 非表示

  •  
     
     

    応用分光学会

  •  
     
     

    アメリカ化学会

  •  
     
     

    日本分光学会

  •  
     
     

    応用物理学会

  •  
     
     

    日本化学会

 

研究分野 【 表示 / 非表示

  • 基礎物理化学   構造化学,分光化学

研究キーワード 【 表示 / 非表示

  • 赤外分光,ラマン分光,有機無機ハイブリッドペロブスカイト,有機半導体,太陽電池,熱電材料,二酸化炭素の回収と有効利用

  • Physical chemistry

論文 【 表示 / 非表示

  • Near-infrared resonance stimulated Raman study of short-lived transients in PTB7 films

    Tomohisa Takaya, Ippei Enokida, Yukio Furukawa, Koichi Iwata

    VIBRATIONAL SPECTROSCOPY   106  2020年01月  [査読有り]

     概要を見る

    Low-bandgap conjugated polymers, which have an alternating structure of electron-donating and electron-withdrawing monomer units in their main chains, are expected to show high photovoltaic efficiency when the monomer units are appropriately designed. For understanding key factors of the photovoltaic efficiency, we have investigated the structure and dynamics of short-lived transients in films of a low-bandgap conjugated polymer with an alternating structure of thieno[3,4-b]thiophene and benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene, PTB7, by time-resolved near-infrared stimulated Raman spectroscopy as well as time-resolved near-infrared absorption spectroscopy. Positive polarons of PTB7 are clearly distinguished from its singlet excitons in stimulated Raman spectra by the peak position of a CC stretch band of the thiophene rings in benzodithiophene and intensity of a C-S-C deformation band of them. These differences strongly suggest that the repeated structure of thiophene rings in the main chain predominantly contributes to the charge transfer characteristics of PTB7 in films. Time-resolved absorption and stimulated Raman spectra of PTB7 films blended with a fullerene derivative show that spectral changes associated with the initial charge separation complete within 1 ps while effects of conformational changes and intermediate species are absent. We suggest that alternating copolymers composed of electron-donating and electron-accepting units commonly undergo the initial charge separation process without conformational changes or intermediates.

    DOI

  • Direct Observation of Structure and Dynamics of Photogenerated Charge Carriers in Poly(3-hexylthiophene) Films by Femtosecond Time-Resolved Near-IR Inverse Raman Spectroscopy

    Tomohisa Takaya, Ippei Enokida, Yukio Furukawa, Koichi Iwata

    MOLECULES   24 ( 3 ) 431  2019年02月  [査読有り]

     概要を見る

    The initial charge separation process of conjugated polymers is one of the key factors for understanding their conductivity. The structure of photogenerated transients in conjugated polymers can be observed by resonance Raman spectroscopy in the near-IR region because they exhibit characteristic low-energy transitions. Here, we investigate the structure and dynamics of photogenerated transients in a regioregular poly(3-hexylthiophene) (P3HT):[6,6]-phenyl-C-61-butyric acid methyl ester (PCBM) blend film, as well as in a pristine P3HT film, using femtosecond time-resolved resonance inverse Raman spectroscopy in the near-IR region. The transient inverse Raman spectrum of the pristine P3HT film at 50 ps suggests coexistence of neutral and charged excitations, whereas that of the P3HT:PCBM blend film at 50 ps suggests formation of positive polarons with a different structure from those in an FeCl3-doped P3HT film. Time-resolved near-IR inverse Raman spectra of the blend film clearly show the absence of charge separation between P3HT and PCBM within the instrument response time of our spectrometer, while they indicate two independent pathways of the polaron formation with time constants of 0.3 and 10 ps.

    DOI

  • Effect of Anions on Bipolaron Formation in Ionic-Liquid-Gated Transistors Fabricated with Poly(2,5-bis(3-hexadecylthiophen-2-yl)thieno[3,2-b]thiophene) (PBTTT-C16)

    I. Enokida, Y. Furukawa

    Chem. Lett.   48   190039  2019年  [査読有り]

  • Temperature-Dependent Evolution of Raman Spectra of Methylammouium Lead Halide Perovskites, CH3NH3PbX3 (X = I, Br)

    K. Nakada, Y. Matsumoto, Y. Shimoi, K. Yamada, Y. Furukawa

    Molecules   24 ( 3 ) 626  2019年  [査読有り]

  • Doping-Level Dependent Mobilities of Positive Polarons and Bipolarons in Poly(2,5-bis(3-hexadecylthiophen-2-yl)thieno[3,2-b]thiophene) (PBTTT-C16) Based on an Ionic-Liquid-Gated Transistor Configuration

    I. Enokida, Y. Furukawa

    Org. Electronics   68   28 - 34  2019年  [査読有り]

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書籍等出版物 【 表示 / 非表示

  • 赤外分光法

    赤尾賢一, 田隅三生, 長谷川健, 古川行夫( 担当: 共著)

    講談社  2018年04月

  • ラマン分光法

    濵口宏夫, 岩田耕一, 加納英明, 古川行夫, 山本達之, 吉川正信( 担当: 共著)

    講談社  2015年03月

  • 物性化学

    古川 行夫( 担当: 単著)

    講談社  2015年03月

  • 赤外・ラマン分光法

    古川行夫, 高柳正夫( 担当: 共著)

    講談社  2009年07月

  • ラマン分光,第5版実験化学講座3基礎編III物理化学下

    日本化学会編/丸善  2003年

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Misc 【 表示 / 非表示

  • Structural properties of perovskite films on zinc oxide nanoparticles-reduced graphene oxide (ZnO-NPs/rGO) prepared by electrophoretic deposition technique

    Ayi Bahtiar, Euis Siti Nurazizah, Efa Latiffah, R. Risdiana, Yukio Furukawa

    AIP Conference Proceedings   1927  2018年02月

     概要を見る

    Perovskite solar cells highly believed as next generation solar cells to replace currently available inorganic silicon solar cells due to their high power conversion efficiency and easy processing to thin films using solution processing techniques. Performance and stability, however still need to be improved for mass production and widely used for public electricity generation. Perovskite solar cells are commonly deposited on Titanium Dioxide (TiO2) film as an effective electron transport layer (ETL). We used Zinc Oxide nanoparticles (ZnO-NPs) as ETL in perovskite solar cells due to the low temperature required for crystallization and can be formed into different shapes of nanostructures. However, perovskite film can easily degrade into insulating lead iodide due to deprotonation of the methylammoniumcation at the surface of ZnO-NPs, in particular when it stored in ambient air with high relative humidity. The degradation of perovskite layer is therefore needed to be overcome. Here, we capped ZnO-NPs with reduced graphene oxide (rGO) to overcome the degradation of perovskite film where ZnO-NPs is synthesized by sol-gel method. The average nanoparticle size of ZnO is 15 nm. ZnO-NPs and ZnO-NPs-rGO films are prepared using electrophoretic deposition technique, which can produce large area with good homogeneity and high reproducibility. The stability of perovskite layer can significantly be improved by capping ZnO with rGO, which is indicated by absence of color change of perovskite after storage for 5 (five) days in ambient air with relative humidity above 95%. Moreover, the X-Ray Diffaction peaks of perovskite film are more preserved when deposited on ZnO/rGO film than using only ZnO film. We strongly believe, by capping ZnO film with rGO, both the performance and stability of perovskite solar cells can be improved significantly.

    DOI

  • Optical, structural and morphological properties of ternary thin film blend of P3HT:PCBM:ZnO nanoparticles

    Ayi Bahtiar, Siti Halimah Tusaddiah, Wendy Paramandhita S. Mustikasari, Lusi Safriani, Mariah Kartawidjaja, Kei Kanazawa, Ippei Enokida, Yukio Furukawa, Isao Watanabe

    Materials Science Forum   827   119 - 124  2015年

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    Ternary blend film of conjugated polymer, fullerene and inorganic nanoparticles has intensively studied as active material for high power conversion efficiency (PCE) of hybrid solar cells. The mixing of two electron acceptor materials consisting of organic fullerene and inorganic nanoparticles with electron donor conjugated polymer is strongly believed can improve the PCE of solar cells. This ternary blend will increase exciton dissociation efficiency due to the increase of interface area between donor and acceptor materials where exciton dissociation takes place. We have studied optical, structural and morphological properties of ternary thin films containing blend of conjugated polymer poly(3-hexylthiophene (P3HT):fullerene derivative PCBM:Zinc oxide nanoparticles (ZnO-NPs) by measuring their optical absorption, crystal structure and thin film surface morphology. The aim of this research is to ensure that the P3HT, PCBM and ZnO-NP are well mixed both in solutions and in thin films. The ZnO-NP was prepared by using sol-gel method. The average particle size of ZnO-NP is 40 nm as derived from UV-Vis spectrum and confirmed with TEM image. Thin blend films were prepared by using spin-coating method. The UV-Vis spectra show that conjugated polymer P3HT, PCBM and ZnO-NP are well mixed both in solutions and in thin films. Moreover, the well mixed of these three materials are also verified by the XRD pattern and SEM image of the ternary blend film.

    DOI

  • An improved method for lifetime prediction based on decoupling of the joule self-heating effect from coulombic degradation in accelerated aging tests of OLEDs

    Toshihiro Yoshioka, Kazunori Sugimoto, Kyoko Katagi, Yoshiyuki Kitago, Masaru Tajima, Satoshi Miyaguchi, Tetsuo Tsutsui, Ryota Iwasaki, Yukio Furukawa

    Digest of Technical Papers - SID International Symposium   45 ( 1 ) 642 - 645  2014年

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    We successfully improved the prediction accuracy of the driving lifetime in organic light emitting diodes based on numerical fitting of the luminous degradation curves and the decoupling of the self-heating effect from coulombic effects. Model phosphorescent multilayer OLEDs with CBP:Ir(ppy)3 emission layers are used. © 2014 Society for Information Display.

    DOI

  • Preparation of ZnO Nanoparticles for Blend of P3HT:ZnO Nanoparticles:PCBM Thin Film and Its Charge Carrier Dynamics Characterization

    Lusi Safriani, Annisa Aprilia, Ayi Bahtiar, Risdiana, Mariah Kartawidjaja, Trisa Apriani, Kei Kanazawa, Yukio Furukawa

    PADJADJARAN INTERNATIONAL PHYSICS SYMPOSIUM 2013 (PIPS-2013): CONTRIBUTION OF PHYSICS ON ENVIRONMENTAL AND ENERGY CONSERVATIONS   1554   101 - 104  2013年

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    Recently, many researchers have paid attention to develop active material of solar cell which plays an important role in absorbing solar spectrum. This active material should have an ability to transfer charge carrier resulted from the absorption of solar spectrum. The hybrid organic-inorganic solar cell has been developed due to the combining advantages between organic material Poly(3-hexylthiophene) (P3HT) and fullerene PCBM with inorganic material ZnO nanoparticles. The investigation of charge carrier dynamics in blend P3HT:ZnO nanoparticles:PCBM film as an active material of solar cell devices is an important things to enhance the solar cell performance. The charge carrier dynamics properties is needed to control the morphology of active material to produce an efficient and effective charge dissociation. In this study we synthezed the ZnO nanoparticles by using sol-gel methods. The size of nanoparticles resulted from the reflux process of zinc acetate in methanol by the presence of catalist sodium hydroxide is around 10 nm. Photo-induced Infra-red (PI-IR) Absorption Spectroscopy was used to investigate the charge carrier dynamics of P3HT:ZnO nanoparticles:PCBM thin film. Measurement of PI-IR Absorption Spectroscopy has been carried out under variation of temperature conditions from 78 to 300 K, using a 532-nm laser as a light source. At low temperature, the charge carrier recombination was performed by positive polarons along the intrachain of P3HT while at high temperature the charge carrier recombination was attributed to positive polarons along the interchain of P3HT.

    DOI

  • Vibrational Spectroscopy of Organic Thin Films Used for Solar Cells

    Yukio Furukawa

    PADJADJARAN INTERNATIONAL PHYSICS SYMPOSIUM 2013 (PIPS-2013): CONTRIBUTION OF PHYSICS ON ENVIRONMENTAL AND ENERGY CONSERVATIONS   1554   5 - 8  2013年

     概要を見る

    We review infrared and Raman analyses of thin films of organic semiconductors used for active layers in organic solar cells. We present Raman study of blend (bulk heterojunction) films of regioregular poly(3-hexylthiophene) (P3HT) and [6,6]-phenyl-C-61-butyric acid methyl ester (PCBM). The contents of the crystalline region of P3HT in the blend films prepared by various methods were estimated by Raman spectroscopy. Temperature dependence of photoinduced infrared absorption from a P3HT: PCBM blend film gives the activation energy of the recombination of photoinduced positive and negative carriers. The activation energies for P3HT: PCBM blend films with various PCBM contents were obtained. It has been demonstrated that infrared and Raman spectroscopy is useful for evaluating thin films of P3HT:PCBM blend films used for organic solar cells.

    DOI

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受賞 【 表示 / 非表示

  • BCSJ賞

    2016年11月   日本化学会  

    受賞者: 古川 行夫

  • 日本分光学会賞

    2016年05月   日本分光学会   赤外・ラマン分光法を用いた高分子半導体・導体に関する研究  

    受賞者: 古川 行夫

  • BCSJ賞

    2013年10月   日本化学会  

    受賞者: 古川 行夫

  • BCSJ賞

    2010年05月   日本化学会  

  • BCSJ Award, The Chemical Society of Japan

    2010年  

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共同研究・競争的資金等の研究課題 【 表示 / 非表示

  • 重水素置換p型有機半導体を用いた有機薄膜太陽電池の高効率化

    研究期間:

    2014年
    -
    2015年
     

    古川 行夫

    担当区分: 研究代表者

  • 熱刺激赤外分光法の開発と有機半導体薄膜におけるキャリアトラップの分子構造解析

    研究期間:

    2012年
    -
    2013年
     

    古川 行夫

    担当区分: 研究代表者

  • 高周期典型元素不飽和化合物の化学:新規物性・機能の探索

    研究期間:

    2005年
    -
    2009年
     

    時任 宣弘

  • 振動シュタルク効果の新しい測定法と解析法の開発

    研究期間:

    2006年
    -
    2008年
     

    古川 行夫

    担当区分: 研究代表者

  • 顕微ラマン分光法を用いた有機薄膜多層構造における電気化学現象の解明と物性制御

    研究期間:

    2004年
    -
    2006年
     

    古川 行夫

    担当区分: 研究代表者

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特定課題研究 【 表示 / 非表示

  • 時間分解赤外分光法によるP3HT:PCBM混合膜におけるキャリヤー再結合過程

    2020年  

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    ステップ走査FT-IR分光計(JASCO FT/IR-6800)とパルスNd:YAGレーザー(波長532 nm,パルス幅5 ns,繰り返し10 Hz)を組み合わせて,時間分解能が10 μsの時間分解赤外吸収測定装置を組み立てた.この装置を用いて,高分子太陽電池材料である位置規則性ポリ(3-ヘキシルチオフェン)(P3HT)とPCBMの混合膜に関して,マイクロ秒領域における光誘起赤外吸収の減衰を観測した.この赤外吸収はP3HT鎖上に生成した正ポーラロン(正キャリヤー)に由来し,観測された減衰は2種類の再結合過程(2次反応)に回帰された.78Kで,速度定数は1.6´10−12と1.2´10−13 cm3/sであった.

  • 新規有機無機ハイブリッドペロブスカイトの合成と物性に関する研究

    2019年  

     概要を見る

    太陽電池の新規材料開発を目的とし,有機無機ハイブリッドペロブスカイトABX3で,A = (NH2)3C(GAと略す),B = Sn,X = SCNの新規材料を合成した.60 mgのGASCN粉末と115 mgのSn(SCN)2粉末を混合し,窒素雰囲気下で,温度を60, 80, 100, 120 °Cに変えて20時間加熱した.すべての生成物で,着色し,またX線回折が観測され,原料は消滅した.80 °Cで純度の高い試料が合成され,PDXL IIで結晶構造を推定したところ,三斜晶系で,格子定数はa = 11.648 Å, b = 14.329 Å, c = 11.491 Å, α = 112.71 °, β = 99.489 °, γ = 70.909 °であった.

  • 高分子の赤外スペクトルの外部電場効果に関する研究

    2018年  

     概要を見る

    Infrared Stark spectra for a Nylon 6 filmwere measured under electric fields from 0.99 to 1.5 MV/cm at 77 K using asandwich-type cell with a BaF2/Al/Nylon 6/Al structure. The broad asymmetricinfrared and Stark spectra observed for amide I (C=O stretch) were fitted withthree components: 1637-cm−1 band (b-sheetstructure), 1645- and 1663-cm−1 bands (disordered hydrogen-bonded structures).The change in the dipole moment between the ground and the first excited vibrationalstates for amide I (b-sheetstructure) was determined to be 0.064 D/f, where f is a local field correctionfactor.

  • ヨウ化鉛ペロブスカイト結晶のラマンスペクトルの研究

    2017年  

     概要を見る

    高効率太陽電池の材料として注目されているヨウ化鉛ペロブスカイトCH3NH3PbI3の結晶粉末を固めて,110から340 Kの温度範囲で,830 nm光を励起光としてラマンスペクトルを測定した.直方晶系から正方晶系への転移T = 162 Kにおいてバンド幅,特にN+H3非対称変角振動のバンド幅,の大きな変化が観測され,秩序・無秩序型の一次転移であることを示している.正方晶系から立方晶への転移T = 327 Kでは変化が小さかった.また,CH3N+H3の回転運動に帰属される250cm−1付近のバンドは温度上昇とともにバンド幅が小さくなり,モーショナルナローイングによるものと考えられる.

  • ラマン分光法による高分子イオン液体トランジスタのキャリア解析

    2016年  

     概要を見る

    イオン液体をゲートとするトランジスターは,高濃度までドーピングレベルを制御できるドーピング法である.本研究では,イオン液体トランジスター配置でPBTTT-C16やMEH-PPVなどの共役高分子をドーピングし,ラマン分光法でキャリヤー(正ポーラロンまたは正バイポーラロン)を同定し,電気化学的方法により,ドーピングレベル,電気伝導率,キャリヤーの移動度を求めた.MEH-PPVでは生成したキャリヤーは正ポーラロンであったが,PBTTT-C16では低いドーピングレベルから正バイポーラロンが生成する特異な性質をもつことが分かった.正バイポーラロンの移動度は,2.8%/パイ電子のドーピングレベルで,3.9 cm2/V sと高い値が得られた.

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海外研究活動 【 表示 / 非表示

  • 有機電子デバイスの基盤研究と高性能デバイスの開発

    2005年10月
    -
    2006年09月

    アメリカ   スタンフォード大学

    イギリス   ケンブリッジ大学

 

現在担当している科目 【 表示 / 非表示

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委員歴 【 表示 / 非表示

  • 2020年05月
    -
    継続中

    日本分光学会  監事

  • 2018年05月
    -
    2020年05月

    日本分光学会  理事・会長

  • 2014年05月
    -
    2019年05月

    IAESTE  理事

  • 2016年05月
    -
    2018年04月

    日本分光学会  理事・副会長

  • 2007年12月
    -
    2011年11月

    日本分光学会  理事・副会長

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