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Improvement in emission properties of carbon nano dots by heteroatom doping

Research Project

Project/Area Number 18K05184
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 34020:Analytical chemistry-related
Research InstitutionToho University

Principal Investigator

MORITA Kotaro  東邦大学, 理学部, 准教授 (70396430)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2020: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywordsカーボンナノドット / 発光 / 検出 / センサー / 分析化学
Outline of Final Research Achievements

To improve the luminescent analytical sensing properties of carbon nano dots (CNDs) we doped nitrogen and sulfur as heteroatoms in the organic compounds used as precursors in the electric furnace hydrothermal synthesis of CNDs. Almost all of the CNDs obtained from various amino acids showed an emission maximum wavelength at about 400 nm, and it was found that there were marked differences in the synthetic yield and luminescence intensity depending on the composition of the precursors. Upon closer examination of each CND, we succeessfully found a system that exhibits a ratiometric luminescence response to the pH of the aqueous solution and a system that exhibits a luminescence recovery response to glutathione.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

セレン化亜鉛 (zinc selenide, ZnSe) に代表される半導体ナノドットは、その高い発光強度と制御可能な発光波長から、発光デバイスや発光センシングへの適用が進められている。一方で、構成元素が生体や環境に負荷を与えるだけでなく、合成や廃棄にかかるコストにおいて克服すべき課題が残されている。これに対してカーボンナノドットは炭素を主原料とすることから合成から廃棄までを一貫して安全かつ安価に執り行うことができる。しかしながら、CND は発光強度や波長制御の点において劣ることから、これらを向上させる合成方針を確立するとともに適用範囲を拡大することをが求められている。

Report

(5 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (25 results)

All 2022 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 6 results) Presentation (18 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] An Absorption Spectrophotometer Compatible Paper-Based Thin-Layer Cuvette with an Integrated Pneumatic Pump2021

    • Author(s)
      K. Morita, H. Koiso, R. Kudo and N. Hirayama
    • Journal Title

      Analytical Methods

      Volume: 13 Issue: 41 Pages: 4858-4863

    • DOI

      10.1039/d1ay01138c

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Mutual Separation of Fe(II) and Fe(III) Using Cyclohexane/Water/Ionic-liquid Triphasic Extraction System with 2,2′-Bipyridine and Tri-<i>n</i>-octylphosphine Oxide2020

    • Author(s)
      TOITA Mizuki, MORITA Kotaro, HIRAYAMA Naoki
    • Journal Title

      Analytical Sciences

      Volume: 36 Issue: 11 Pages: 1387-1391

    • DOI

      10.2116/analsci.20P198

    • NAID

      130007937680

    • ISSN
      0910-6340, 1348-2246
    • Year and Date
      2020-11-10
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Capillary Electrophoretic Characterization of Water-soluble Carbon Nanodots Formed from Glutamic Acid and Boric Acid under Microwave Irradiation2020

    • Author(s)
      TAKAYANAGI Toshio、IWASAKI Sota、BECCHAKU Yuta、YABE Shun、MORITA Kotaro、MIZUGUCHI Hitoshi、HIRAYAMA Naoki
    • Journal Title

      Analytical Sciences

      Volume: 36 Issue: 8 Pages: 941-946

    • DOI

      10.2116/analsci.19P484

    • NAID

      130007886445

    • ISSN
      0910-6340, 1348-2246
    • Year and Date
      2020-08-10
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Capillary Electrophoretic Characterization of Carbon Nanodots Prepared from Glutamic Acid in an Electric Furnace2020

    • Author(s)
      TAKAYANAGI Toshio、IWASAKI Sota、MORITA Kotaro、HIRAYAMA Naoki、MIZUGUCHI Hitoshi
    • Journal Title

      CHROMATOGRAPHY

      Volume: 41 Issue: 2 Pages: 103-107

    • DOI

      10.15583/jpchrom.2020.010

    • NAID

      130007870141

    • ISSN
      1342-8284, 1348-3315
    • Year and Date
      2020-06-20
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Synergistic Ion-pair Extraction and Separation of Trivalent Lanthanoid Ions with 4-Isopropyltropolone and 1,10-Phenanthroline into <i>o</i>-Dichlorobenzene2020

    • Author(s)
      T. Yamashita, Y. Nishiyama, K. Morita, H. Nagatani and H. Imura
    • Journal Title

      Analytical Sciences

      Volume: 36 Issue: 4 Pages: 479-484

    • DOI

      10.2116/analsci.19P394

    • NAID

      130007830158

    • ISSN
      0910-6340, 1348-2246
    • Year and Date
      2020-04-10
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Ionic Liquid Chelate Extraction Behavior of Trivalent Group 13 Metals into 1-Alkyl-3-methylimidazolium Bis(trifluoromethanesulfonyl)imides Using 8-Quinolinol as Chelating Extractant2019

    • Author(s)
      Ayano Eguchi, Kotaro Morita, Naoki Hirayama
    • Journal Title

      Analytical Sciences

      Volume: 35 Issue: 9 Pages: 1003-1007

    • DOI

      10.2116/analsci.19P132

    • NAID

      130007705277

    • ISSN
      0910-6340, 1348-2246
    • Year and Date
      2019-09-10
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Formation of Minimal Third Phase in Ionic Liquid Extraction System with Trioctylphosphine Oxide and Its Possible Application to Extraction Concentration2018

    • Author(s)
      Mizuki Toita, Kotaro Morita, Naoki Hirayama
    • Journal Title

      Analytical Sciences

      Volume: 34 Issue: 9 Pages: 1063-1065

    • DOI

      10.2116/analsci.18C016

    • NAID

      130007474718

    • ISSN
      0910-6340, 1348-2246
    • Year and Date
      2018-09-10
    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] オープンチャンネル型紙製マイクロ流路への水溶液試料の導入と吸光度測定2022

    • Author(s)
      森田 耕太郎, 小磯 帆乃実, 工藤 澪奈, 平山 直紀
    • Organizer
      第82回分析化学討論会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 電解および熱分解合成カーボンナノドットの発光特性2020

    • Author(s)
      森田 耕太郎
    • Organizer
      日本分析化学会第69年会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 電気炉加熱分解法により合成された親水性カーボンナノドットのキャピラリー電気泳動法による特性評価2020

    • Author(s)
      岩崎 颯太, 森田 耕太郎, 平山 直紀, 水口 仁志, 高柳 俊夫
    • Organizer
      第27回クロマトグラフィーシンポジウム
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] カーボンナノドットの電気炉加熱分解合成における原料組成と加熱条件の検討2020

    • Author(s)
      森田 耕太郎, 小野 夏実, 河崎 美咲, 平山 直紀
    • Organizer
      第80回分析化学討論会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Electrochemical behavior of aminophenol isomers grafted on glassy carbon electrodes2019

    • Author(s)
      R. Nomaki, N. Hirayama and K. Morita
    • Organizer
      Royal Society of Chemistry Tokyo International Conference 2019
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Synthesis and Photoluminescent Properties of Carbon Nanodots Doped with Boron or Phosphorous from Mixed Precursors2019

    • Author(s)
      S. Yabe, N. Hirayama and K. Morita
    • Organizer
      4th Toho Univ.-GNU Joint Symposium on Advanced Chemical Science
    • Related Report
      2019 Research-status Report 2018 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] キャピラリー電気泳動法によるグルタミン酸から合成した水溶性カーボンナノドットの親水性/疎水性の評価2019

    • Author(s)
      岩崎 颯太, 矢部 駿, 森田 耕太郎, 平山 直紀, 水口 仁志, 高柳 俊夫
    • Organizer
      第26回クロマトグラフィーシンポジウム
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] キャピラリー電気泳動法による電気炉加熱分解法により合成したCNDの物性評価2019

    • Author(s)
      岩崎 颯太, 森田 耕太郎, 平山 直紀, 水口 仁志, 高柳 俊夫
    • Organizer
      2019年日本化学会中国四国支部大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] キャピラリー電気泳動法によるグルタミン酸から合成した水溶性カーボンナノドットのキャラクタリゼーション2019

    • Author(s)
      岩崎 颯太, 矢部 駿, 森田 耕太郎, 平山 直紀, 水口 仁志, 高柳俊夫
    • Organizer
      第79回分析化学討論会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 発光センシング素子としてのカーボンナノドット2019

    • Author(s)
      森田 耕太郎
    • Organizer
      2019年度日本分析化学会東北支部若手交流会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 炭素電極表面に固定化した位置異性アミノフェノールの酸化還元応答2019

    • Author(s)
      野牧 凌央, 平山 直紀, 森田 耕太郎
    • Organizer
      日本分析化学会第68年会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Excitation Wavelength-Dependent Emission Properties of Carbon Nanodots for Ratiometric Photoluminescent pH Indicator2018

    • Author(s)
      K. Morita, H. Kodama and N. Hirayama
    • Organizer
      Royal Society of Chemistry Tokyo International Conference 2018
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      2018 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Odd-Even Effect of Ionic Liquid Anion Perfluoroalkyl Chain Length on Ionic Liquid Chelate Extraction of Trivalent Lanthanoids2018

    • Author(s)
      A. Eguchi, H. Okamura, T. Sugita, Y. Ueda, K. Morita, K. Shimojo, H. Naganawa and N. Hirayama
    • Organizer
      Royal Society of Chemistry Tokyo International Conference 2018
    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effect of Thiocyanate Ion on Mutual Separation of Iron(II) and Iron(III) Using Ionic Liquid Triphasic Extraction System2018

    • Author(s)
      M. Toita, K. Morita and N. Hirayama
    • Organizer
      Royal Society of Chemistry Tokyo International Conference 2018
    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] カーボンナノドットの発光特性と分析化学的利用2018

    • Author(s)
      森田 耕太郎
    • Organizer
      第12回東邦大学複合物性研究センターシンポジウム
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      2018 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] マイクロ波照射法で合成した水溶性カーボンナノドットのキャピラリー電気泳動法によるキャラクタリゼーション2018

    • Author(s)
      別役 優太, 矢部 駿, 森田 耕太郎, 平山 直紀, 水口 仁志, 高柳 俊夫
    • Organizer
      第78回分析化学討論会
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] ヘテロ原子含有カーボンナノドットの発光挙動に対するリンお よびホウ素ドープの影響2018

    • Author(s)
      矢部 駿, 平山 直紀, 森田 耕太郎
    • Organizer
      第12回東邦大学複合物性研究センターシンポジウム
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] ヘテロ原子含有カーボンナノドットの発光量子収率に対するリンおよびホウ素ドープの影響2018

    • Author(s)
      矢部 駿, 平山 直紀, 森田 耕太郎
    • Organizer
      日本分析化学会第67年会
    • Related Report
      2018 Research-status Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2023-01-30  

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