2019 Fiscal Year Annual Research Report
Synthesis and functions of new carbon allotrope by topotactic carbonization of molecules
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17H03380
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
島田 敏宏 北海道大学, 工学研究院, 教授 (10262148)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
柳瀬 隆 北海道大学, 工学研究院, 助教 (00640765)
川村 史朗 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主任研究員 (80448092)
山口 誠 秋田大学, 理工学研究科, 准教授 (90329863)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 超高圧 / 有機分子結晶 / 炭素固体 / 重合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、有機分子結晶を高温高圧処理して脱水素化を伴う反応により炭素-炭素結合を形成させ、ナノスケールの規則性を持った新しい炭素材料を合成し、機能を追究することを目的とした。本助成金により小型のマルチアンビル高圧装置を購入し、自分たちで合成した分子を用いて実験を行った。得られた成果は以下の通りである。
１．常温で5GPaの高圧を印加することにより、2量体、3量体が得られる分子があることが分かった。また、第一原理計算によって定性的ではあるが重合しやすい分子の条件に関する手がかりを得た。すなわち、π電子系が大きく発達し、芳香環中に窒素を含む分子は室温での重合が起こりやすい。
２．高圧で重合しやすい分子は、通常の有機溶媒に溶けにくいため、結晶を得にくい。このような有機分子に対して大きな単結晶を作製する方法を探索し、ナフタレン等、低蒸気圧の芳香族分子を特殊な形状のガラス封管中で溶媒として用いることにより、これまで単結晶が得られていなかった分子や液体溶媒にほとんど溶けない分子も結晶化できる方法を確立した。
３．様々な有機分子結晶粉末を高圧下で300～800℃に加熱することにより、導電性のある固体を得た。多くは結晶秩序に乏しいものであったが、元の分子結晶と異なる周期の秩序があるものも見出された。X線回折および電子顕微鏡を用いて構造解析を進めているが、現時点では構造決定に至っていない。得られた炭素固体のラマンスペクトルは特徴的なピークを有する。
４．ナノ秩序を持つ炭素固体の機能として、光触媒機能を追究した。評価系を立ち上げるにあたり、そのチェックとして独自の微細化を行った窒化炭素（g-C3N4）について、高い光触媒活性を得た。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(28 results)
