2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Molecular Discrimination Method by Synthesizing Robust Molecularly Fingerprinted Nanowires
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18H01831
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
長島 一樹 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (10585988)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 酸化物ナノワイヤ / 分子識別 / 分子認識界面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、熱・化学的に安定な多点分子認識空間（＝分子指紋）をもつ分子指紋ナノワイヤを独自技術により創成し、分子指紋の構造・化学特性に基づく分子吸着識別機能、及び分子指紋と標的分子の化学的結合力に基づく分子脱離識別機能の機能融合により混合分子系において標的分子を検出・識別する新規分子識別法を提案・実証することを目的としている。当該年度の研究実績を以下に示す。
①分子指紋ナノワイヤにおける分子認識機能設計と材料展開：提案する分子輸送制御技術では、分子の吸脱着のみならず、固体表面上での化学反応制御が重要となる。ZnO/CuOコアシェル構造を用いて表面カチオン組成を変調し、アルデヒドの吸着・反応挙動を検証した結果、Cu2+サイトではその平面四配位構造により分子配位が困難となることを見出すと共に、分子吸着能を保持したまま二量化反応を抑制する表面設計が可能であることを見出した。分子指紋の材料展開としてゾルゲル反応を介して形成したZrO2表面やSiO2表面において分子吸着特性を検証した結果、それぞれ固有の吸着分子選択性を有することが明らかとなった。
②分子指紋形成メカニズム：X線吸収微細構造(XAFS)を用いて分子指紋形成プロセスの追跡を行った結果、材料結晶化-分子認識機能間に強い相関性があることを見出すと共に、分子認識機能を決定する結晶化温度は化学ドーピング量により決定されることを明らかにした。
③ナノワイヤ・センサ統合デバイスの機能検証・限界探索：前年度までに原理検証を行った分子指紋ナノワイヤ・センサ統合デバイスにより分子濃縮機能・識別能を詳細に検討した結果、本デバイスによる濃縮効果により1ppb以下のアルデヒド分子検出が可能となることを実証すると共に、分子指紋を介した吸着・脱離時の分子識別機能を用いて同種官能基を有する分子群中から標的分子を選択的に電流検出することに成功した。
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| Research Progress Status |
令和2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2年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] The impact of surface Cu2+ of ZnO/(Cu1-xZnx)O heterostructured nanowires on the adsorption and chemical transformation of carbonyl compounds2021
Author(s)
J. Liu, K. Nagashima, Y. Nagamatsu, T. Hosomi, H. Saito, C. Wang, W. Mizukami, G. Zhang, B. Samransuksamer, T. Takahashi, M. Kanai, T. Yasui, Y. Baba and T. Yanagida
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Journal Title
Chemical Science
Volume: 12
Pages: 5073-5081
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Rational Strategy for Space-Confined Seeded Growth of ZnO Nanowires in Meter-Long Microtubes2021
Author(s)
R. Kamei, T. Hosomi, E. Kanao, M. Kanai, K. Nagashima, T. Takahashi, G. Zhang, T. Yasui, J. Terao, K. Otsuka, Y. Baba, T. Kubo and T. Yanagida
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Journal Title
ACS Applied Materials & Interfaces
Volume: 13
Pages: 16812-16819
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Face-selective tungstate ions drive zinc oxide nanowire growth direction and dopant incorporation2020
Author(s)
J. Liu, K. Nagashima, H. Yamashita, W. Mizukami, J. Uzuhashi, T. Hosomi, M. Kanai, X. Zhao, Y. Miura, G. Zhang, T. Takahashi, M. Suzuki, D. Sakai, B. Samransuksamer, Y. He, T. Ohkubo, T. Yasui, Y. Aoki, J. C. Ho, Y. Baba and T. Yanagida
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Journal Title
Communications Materials
Volume: 1
Pages: 58
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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