2020 Fiscal Year Research-status Report
Graphene nanoribbons with large ferroelectricity
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20K21126
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
坂口 浩司 京都大学, エネルギー理工学研究所, 教授 (30211931)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2022-03-31
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| Keywords | ナノ材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、分子双極子がsp2炭素帯構造に非対称に高密度に連結した新しいナノ炭素構造を合成し、分子双極子とπ電子相互作用により相乗効果が期待される新しいモデルを提案し、実証することを目的とする。この新しい有機強誘電体のモデルとして、ベンゼン（六員環）を一次元に繋いだ炭化水素鎖であるグラフェンナノリボン（GNR）の片方のエッジに電子受容体や電子供与体を付与した電子的非対称型GNRを提案する。このモデルにおいては、エッジに存在する分子双極子がGNR帯のπ電子と相互作用することにより、1本の分子鎖内では双極子が相乗的に相互作用し合うことにより大きな強誘電性が期待される。この構想の実現ために、我々が世界に先駆けて見出した“生物模倣触媒作用”（H.Sakaguchi, et al., Nature Chemistry, 9, 57 2017）によるGNR気相表面合成法において核心的役割を果たした炭素骨格をベースにして電子供与体・受容体を非対称に結合させた“非対称Z型前駆体”を設計し、大きな強誘電性を持つ非対称型GNRを合成する。
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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
現有の片側に置換基を導入した非対称前駆体分子を用い、２ゾーン化学気相成長法によりAu(111)基板上で前駆体高分子構造が形成されるかどうかについて探索研究を行ったところ、高度に配列した前駆体高分子構造を形成され、更に昇温によりグラフェンナノリボンと思われる構造を見出した。
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| Strategy for Future Research Activity |
２ゾーン化学気相成長法により、片側に置換基を導入した前駆体分子がAu(111)上で高度に配列した高分子構造を形成し、昇温によりグラフェンナノリボンと思われる構造に変化するすることを明らかにしたので、今後はSTMによる原子分解能での構造決定を行うと共に、他の構造を有する前駆体分子を設計・有機合成し、研究目標として掲げる非対称電子構造を有するグラフェンナノリボンの表面合成と強誘電性性能評価を行う。
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| Causes of Carryover |
初年度計画では、非対称型グラフェンナノリボンの表面合成のための様々な構造の非対称前駆体分子を設計・有機合成を掲げていたが、現有のある置換基を有する非対称前駆体を２ゾーン化学気相成長法によるグラフェンナノリボン表面合成探索実験を行ったところ、予想外に高度な配列を持つ前駆体高分子に変換しさらに昇温により望む非対称型グラフェンナノリボンと思われる構造が形成することが分かった。そのため初年度計画した様々な構造を持つ前駆体分子の設計・有機合成を次年度に回し、初年度は、形成したと思われる非対称型グラフェンナノリボンの詳細なSTM測定を行った。このため初年度有機合成を計画した消耗品使用を次年度に行う計画とした。
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