2018 Fiscal Year Research-status Report
Preparation and functionality of 3D graphene nanoribbon based on propeller-shaped pi-conjugated systems
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18K19004
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
久保 孝史 大阪大学, 理学研究科, 教授 (60324745)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | グラフェンナノリボン / 炭素材料 / プロペラン / 三次元ＧＮＲ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではグラフェンナノリボン（ＧＮＲ）等に代表される二次元炭素材料に対して、新たな次元性の導入、すなわち三次元ＧＮＲと呼べる新たな炭素材料の創出を行い、その効率的合成法の確立と機能開拓に挑戦することを目的としている。これまでに報告されているＧＮＲの合成法では、その前駆体にいずれも平面構造を持ったπ共役系分子が使用されているのに対し、本研究では三次元ＧＮＲの構築方法として非平面型π共役系分子を用いることを提案する。
２０１８年度は、プロペラ型芳香族化合物を基盤とした三次元ＧＮＲの効率的合成法の確立を目指した。プロペラ型芳香族化合物のヘキサブロモ誘導体の合成を行い、それが金、銀、もしくは炭素基板上で効率よく重合反応が進行する条件検討を行った。その結果、金あるいは銀基板上で重合度の大きなＧＮＲが生成する最適温度を見出すことができた。続いて、作成したＧＮＲのブロモ原子を高分解能原子力間顕微鏡の探針を用いて引き抜き、ビラジカル種を発生させることにも成功した。現在、このビラジカル種にＣ６０などの別の化学種を反応させることを検討している。
申請書には記載しなかったが、プロペラ型芳香族化合物のほかにも、お椀型芳香族化合物のＧＮＲ化にも挑戦した。ＧＮＲ前駆体となるジブロモ体を多段階反応により合成し、基板上に蒸着させたのちに重合化を試みた。しかし現在のところ、重合度の高いものが得られていない。重合温度や基板を変えるなど、さらなる条件検討を行う予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
基板上におけるプロペラ型分子の重合反応については、分子の会合と重合反応の温度を変えることにより、重合度の大きいＧＮＲの合成に成功した。これは、申請時に達成目標としていた項目の一つであることから、研究は順調に進展していると判断できる。また、プロペラ型分子を基盤とするＧＮＲに残存する臭素原子を、高分解能原子力間顕微鏡の探針を用いて除去し、ジラジカル種を発生させることにも成功した。今後は、ジラジカル部位にＣ６０などの他の分子を結合させ、ＧＮＲの様々な機能化を行うことを目指す。
また、申請書には記載していなかったＧＮＲ三次元化の新たな試みとして、お椀型分子の重合にも挑戦した。こちらは現在のところ良好な結果は得られていないが、ＧＮＲに凹凸構造という新たな視点を盛り込むことができることから、引き続き鋭意検討を進める。
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| Strategy for Future Research Activity |
重合化に成功しているプロペラ型分子を基盤とする三次元ＧＮＲについては、発生が可能となったジラジカル種に、様々な機能性分子を反応させることを試みる。なかでもＣ６０は、まず最初に反応を試みる分子として設定する。首尾よく三次元ＧＮＲ・Ｃ６０コンポジット体が得られた場合には、光電変換特性も期待されることから太陽電池として機能するかどうかも評価する。さらには、化学気相成長法（CVD法）を用いることで、全体的にπ拡張された多層型三次元ＧＮＲが得られるかどうかも検証する。そのほかにも、探針で三次元ＧＮＲを倒すなどのマニピュレーションを行い、三次元ＧＮＲ同士がホモカップリングしたポーラス三次元ＧＮＲの創製にも挑戦する予定である。
お椀型分子を基盤とする三次元ＧＮＲについては、重合があまり効率よく進まないことから、単分子の構造を変えることも検討する。重合体が得られるようになれば、凹凸構造に由来する基板に接触する部分と非接触の部分の電子状態の差を明らかにする。
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