2019 Fiscal Year Research-status Report
剥離と化学修飾のワンポット連続反応による高品質化学修飾グラフェンの創製
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19K05202
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
沖本 治哉 山形大学, 大学院有機材料システム研究科, 助教 (20510168)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | グラフェン / グラファイト層間化合物 / 化学修飾 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、グラファイトからのグラフェンの多量剥離と化学修飾を同時に達成する手法を開発することが目的である。グラフェンは、炭素の２次元シートであり導電性や１原子分の厚みなどの特異性から新たな二次元半導体材料として期待される。グラフェンを利用した様々な機能発現にはグラフェンの化学修飾が欠かせないがグラフェンが溶解性が乏しいため多量の化学修飾グラフェンを得るためには欠損の多い酸化グラフェンを経由する必要がある。本研究ではグラファイトからグラフェンを比較的欠損を少なく剥離が可能な電気化学剥離に電気化学修飾を組み合わせることでグラフェンの自在な剥離・化学修飾を酸化グラフェンを経由せずに達成する。
初年度は、化学修飾・剥離に適したグラファイトの検討をおこなった。特にグラファイト層間化合物表面に対する電気化学修飾の検討をおこなった。グラファイト層間化合物はグラファイトの層間に硫酸、硝酸、FeCl3など様々な分子を挿入した化合物で挿入物とグラファイトの間で電子移動が起こり、グラファイトの導電性が上がるとともにグラフェン表面の電子状態をごくわずかであるが変化させる。これにより電気化学修飾がグラファイトより温和な条件でおこなえると予想した。今回、アミンを用いたグラファイト表面への電気化学修飾を評価したところ、通常のグラファイトに比べ層間化合物ではより低い電位で化学修飾を起こせることが明らかとなった。電気化学剥離に必要な電位はおおよそ1.8V前後であり層間化合物化したグラファイト用いることで、この電位より十分低い電位で化学修飾が起こせることが明らかとなった。現在は、このアミンに剥離剤成分を導入した化合物を用いてグラファイトの剥離/アミン修飾の検討を行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
グラファイト単体では電気化学修飾量が少なかったため新たな原料としてグラファイト層間化合物に対する電気化学修飾をおこなったところ、グラファイト単体に対する修飾よりもより低電位で修飾が可能であることが分かった。ごくわずかであるがインターカラントとグラフェン表面との間の電荷移動の影響があると考えられる。具体的にはFeCl3を挿入したグラファイト層間化合物を電極としてアミン化合物が、グラファイトに対する電気化学修飾よりも低電位で起こることが分かった。アミンを官能基にもつ機能性化合物は様々あることからこの反応をベースとして剥離剤を導入し、電気化学修飾と電気化学剥離の同時反応条件の解明を現在進めている。またアミンによる化学修飾は電位印加時にのみ起こるため電位制御により化学修飾量と電気化学剥を同時に離御することが期待される
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度となる本年は、アミンと剥離効果のある硫酸基などを同時にもつ化合物を用いて電気化学剥離中でのアミンの化学修飾の検討をおこなう。又はアミン基を有する化合物と硫酸イオンを含む反応液を調製して化学修飾/剥離の検討をおこなう。初年度の成果に基づけば、剥離剤による電気化学剥離と同時にアミンによる電気化学修飾が同時に達成され、当初の目標である電気化学インターカレーション反応と共存可能な化学修飾法の一例にできると考えられる。さらにこの化学修飾雰囲気下でのグラフェンの剥離の制御法(例えば剥離下グラフェンの層数・化学修飾量)を確立するため、上記化合物による剥離・化学修飾下で、電位や化合物の大きさがグラファイトの膨張・反応量に与える影響を明らかにしていく
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| Causes of Carryover |
当初、グラファイトを用いて電気化学剥離と化学修飾の同時剥離を目指す予定であったがグラファイトに対する電気化学修飾は、修飾量が乏しいため新たな原料となるグラファイトの探索をおこなった。そのためグラファイトの化学修飾をより温和な条件で速やかに行なえるグラファイトの開発に少し時間がかかった。秋頃にグラファイト層間化合物が有効であることが分かり、その電気化学修飾評価を重点的に行なった。そのため本来なら剥離した化学修飾グラフェンの観察・評価に想定していたAFM消耗品の利用が少なかったため次年度使用額が発生した主な要因の１つである。次年度使用額分は、新たに必要となったグラファイト層間化合物の原料であるグラファイトの購入費と使用できなかったAFMの消耗品費として利用する予定である。
また、コロナウイルスの影響により３月頃に予定されていたいくつかの学会が中止となったため、旅費をほとんど使用できなかった。これについては今後のウイルスの感染拡大の状況次第であるが、学会等が開催され次第利用していく予定である。
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