2019 Fiscal Year Annual Research Report
カーボンナノチューブの近赤外発光を制御する方法の構築
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17H02735
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| Research Institution | Tokyo Gakugei University |
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Principal Investigator |
前田 優 東京学芸大学, 教育学部, 准教授 (10345324)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | SWNTs / カーボンナノチューブ / 近赤外発光 / 近赤外吸収 / 化学反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
環状付加反応に適したジブロモアルカンを用いて化学修飾することで、SWNTsの発光制御を試みた。吸収スペクトルおよびラマンスペクトルからは、化学修飾率の進行を支持する結果が得られた。発光スペクトル測定においては化学修飾した(6,5)SWNTsから1200 nmを超える新たな発光が選択的に生じたことから、環状付加によって発光波長の選択的制御が可能であることが示唆された。アルキル鎖長が3もしくは4の反応試薬を用いた場合に、発光波長の差異が認められた。推定される環状付加体あるいは非環式の付加体のモデル分子を用いた理論計算を行ったところ、前者においてのみ実験と同様の波長の変化が示されたことから、環状付加反応に適した反応試薬を用いることが、波長制御の因子であることが支持される。
得られた付加体の化学修飾率制御を目的として熱処理による付加基の部分脱離を行ったところ、発光強度の制御ができることが示された。また、特定の付加体においては、熱処理することで新たに長波長域に発光が生じることが示され、熱力学的支配による転位反応を経て、発光波長の制御が可能であることがわかった。
SWNTsおよび付加体の発光測定には、界面活性剤存在下、超音波照射して孤立分散させることが有効である。一方、界面活性剤水溶液に対する超音波照射によるラジカル反応による界面活性剤の分解反応に関する研究が報告されていることから、SWNTsの界面活性剤を用いた分散について種々の条件を検討したところ、低濃度のSWNTsに対して特定の界面活性剤を用いて超音波照射することで、近赤外発光特性を選択的に制御できることを見出した。また、処理時の雰囲気や添加剤の存在の有無によって、発現する発光の波長やその選択性を切り替えることができることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
アルキル化反応やラジカル反応、そして付加体の熱処理によって、SWNTsの近赤外発光特性を制御する方法を見出し、大きく研究を進展させることができた。モデル分子を用いた理論計算によって、新たな発光が生じたモデルを提案することができた。
以下の２点については、計画以上に進展した。従来分散液の調製に用いられていた界面活性剤水溶液中での超音波照射が、SWNTsの発光制御に有効であることを見出したが、このことはSWNTs発光制御法としての利便性を大きく向上させるのみならず、分析試料の調製時の注意点を明らかにできた点で、意義が大きい。また、付加体の発光特性を熱処理によって選択的に制御した方法は前例がないだけではなく、熱処理によってSWNTs上の付加基が転位反応し得ることを支持する初めての実験的証拠となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
SWNTsの発光制御において、環化付加反応は高選択的かつ大きく発光波長をシフトさせる方法として有効であることがわかってきた。そこで、アルキル化剤の鎖長を変えて実験を行う。これらの付加反応が及ぼすSWNTsの発光特性への影響を評価し、化学修飾によるSWNTsの発光波長制御に関する知見を深める。
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[Journal Article] Sonochemical Reaction to Control the Near Infrared Photoluminescence Properties of Single-Walled Carbon Nanotubes2020
Author(s)
Maeda, Y.; Konno, Y.; Nishino, A.; Yamada, M.; Okudaira, S.; Miyauchi, Y.; Matsuda, K.; Matsui, J.; Mitsuishi, M.; Suzuki, M.
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Journal Title
Nanoscale
Volume: 12
Pages: 6263-6270
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Influence of local strain caused by cycloaddition on the band gap control of functionalized single-walled carbon nanotubes2019
Author(s)
Maeda, Y.; Kuroda, K.; Tambo, H.; Murakoshi, H.; Konno, Y.; Yamada, M.; Zhao, P.; Zhao, X.; Nagase, S.; Ehara, M.
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Journal Title
RSC Adv.
Volume: 9
Pages: 13998-14003
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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