2019 Fiscal Year Research-status Report
Control of edge structures on nano carbon materials
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18K04833
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
山田 泰弘 千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (90546780)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 構造制御 / 5員環 / 窒素 / 酸素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
グラフェンなどのナノ炭素材料材料の特性の飛躍的向上には、エッジやヘテロ元素などの種々の欠陥導入が必要不可欠である。しかし既存の導入法では、複数種の欠陥が導入され構造が複雑化してしまい、構造と特性の関係が不明確であった。本研究では、エッジ構造の異なるナノ炭素材料やヘテロ元素、5員環を選択的に導入したナノ炭素材料の合成を目指した。原料構造を選択することにより、5員環やピリジニック窒素、ベーサルアミン、フラン環を選択的に導入した炭素材料を合成した。この研究では、原料構造の選択における指針を示すために、構造制御される理由を実測（赤外分光分析（IR）、元素分析、X線光電子分光分析（XPS））と計算（IRとXPSスペクトル計算、エネルギー計算）により明らかにした。5員環を含むナノ炭素材料の構造制御には、5員環が5つの6員環が周囲に存在することが重要で、ピリジニック窒素の制御には原料構造内のピリジニック窒素と原料の炭素の反応性の考慮と立体障害によるピリジニック窒素を保護する方法が有効であることが分かった。ベーサルアミンの選択的導入には、6員環や5員環、さらにベーサルアミンを含む原料が効果的であることがわかった。フラン環の選択的導入においても原料構造が大きく影響していることが分かった。現在は計算結果のみを用いることにより、原料の構造から構造制御状態を推定できている技術を開発している。本研究成果の一部は、炭素材料学会やCarbon2019、グラフェン・酸化グラフェン合同シンポジウムで発表を行った。その他、特許も出願中である。
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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
特にピリジニック窒素やベーサルアミンを含む制御率が高い炭素材料の合成が可能となった。5員環やフラン環においてもこれらを高密度で含有する炭素材料の合成に成功し、この内の1部は学会発表を行い、特許も申請中で、さらに論文投稿中であるため。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに実測値と計算値を比較することにより、構造制御状態の高い種々の炭素材料の調製に成功している。現在はこれらの計算結果のみを用いることにより、原料の構造から構造制御状態を推定できている技術を開発している。そのため、これまでの結果を利用し、今後より構造制御状態の高い炭素材料の開発を目指す。
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