Synthesis of material library of 1-Dimensional hetero structures

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21F21055
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 丸山 茂夫 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (90209700)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): ZHENG YONGJIA 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2021-04-28 – 2023-03-31
• Keywords: 一次元ヘテロ構造

Outline of Annual Research Achievements

SWCNT-BNNTをテンプレートとしてMoS2, WS2, NbS2という3種類の一次元ヘテロ構造の実験的な合成に成功し，その構造制御を行った．Mo, W, Nbの酸化物が硫黄と反応し, 生成物がテンプレート表面に形成された.そして, サンプルを非破壊でTEM観察する新しい解析手法を用いて, それが完璧な一次元ヘテロナノチューブ構造であることを確認した．電子エネルギー損失分光法による元素マップにより, カーボン, ボロン, 窒素の元素と最外層のMo, W, Nb, 硫黄の元素の分布をそれぞれ見ることができた．さらに, 塩と金属源の温度を別々に制御することで, TMDC材料を1Dと2D構造の間で連続的に調整する“Remote salt feeding”という新しい手法を開発した．この方法で, 共通的な二次元TMDC材料の合成を参照, 一次元 TMDCナノチューブ構造を合成の開発に役立てることができた．最後に、直接成長させることができる新型TEMグリッドを開発した．ガラス状炭素を使用することで、高温に耐えられるだけでなく, 高い化学的安定性を持つTEMグリッドを実現した．

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

研究計画調書を予定通り, 一部は早期に達成しており順調に研究が進展している.
1. TMDC材料の中には, 一次元TMDCナノチューブ構造の一部を実現した. この進捗は一次元ファンデルワールヘテロ構造材料群の最終目標に近づくためのものである．
2.“Remote salt feeding”という新しい手法を開発することで, 一次元TMDC材料の種類を増やすことがより効率的になった.
3. 化学的・熱的安定性に優れた新型TEMグリッドを開発し, 一次元 TMDCナノチューブ構造を合成の開発が容易になった．

Strategy for Future Research Activity

本年度は“Remote salt feeding”という新しい手法で引き続きTMDCから成る1Dヘテロ構造を形成し, TMDC材料の多様性を拡げる．得られた結果をもとに, 異種のTMDC材料を組み合わせることで面内TMDCヘテロ構造, 面外TMDCヘテロ構造, 一次元合金TDMCヘテロ構造など, 特殊な一次元ヘテロ構造を作製する．

Research Products

• [Journal Article] Nanotube-based heterostructures for electrochemistry: A mini-review on lithium storage, hydrogen evolution and beyond (2022)
  • Author(s): Y. Zheng, W. Dai, X. Zhang, J.-Q. Huang, S. Maruyama, H. Yuan, R. Xiang
  • Journal Title: Journal of Energy Chemistry Volume: - Pages: -
  • DOI: 10.1016/j.jechem.2022.02.029
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Photoluminescence from Single-Walled MoS₂ Nanotubes Coaxially Grown on Boron Nitride Nanotubes (2021)
  • Author(s): M. Liu, K. Hisama, Y. Zheng, M. Maruyama, S. Seo, A. Anisimov, T. Inoue, E. I. Kauppinen, S. Okada, S. Chiashi, R. Xiang, S. Maruyama
  • Journal Title: ACS Nano Volume: 15 Pages: 8418～8426
  • DOI: 10.1021/acsnano.0c10586
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Controlled Doping Engineering in 2D MoS₂ Crystals toward Performance Augmentation of Optoelectronic Devices (2021)
  • Author(s): Q. Zhang, H. Yin, X. Li, R. Xiang, Y. Zheng, H. Wang, J. Su, M. Xu, X. Zheng, S. Maruyama, X. Zhang
  • Journal Title: ACS Applied Materials & Interfaces Volume: 13 Pages: 31861～31869
  • DOI: 10.1021/acsami.1c07286
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] One-dimensional van der Waals heterostructures: Growth mechanism and handedness correlation revealed by nondestructive TEM (2021)
  • Author(s): Y. Zheng, A. Kumamoto, K. Hisama, K. Otsuka, G. Wickerson, Y. Sato, M. Liu, T. Inoue, S. Chiashi, D.-M. Tang, Q. Zhang, A. Anisimov, E. I. Kauppinen, Y. Li, K. Suenaga, Y. Ikuhara, S. Maruyama, R. Xiang
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 118 Pages: -
  • DOI: 10.1073/pnas.2107295118
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] SWCNT@BNNT With 1D Van Der Waals Heterostructure With a High Optical Damage Threshold for Laser Mode-Locking (2021)
  • Author(s): Z. Zhang, X. Sun, P. Yuan, S. Yokokawa, Y. Zheng, H. Jiang, L. Jin, A. S. Anisimov, E. I. Kauppinen, R. Xiang, S. Maruyama, S. Yamashita, S. Y. Set
  • Journal Title: Journal of Lightwave Technology Volume: 39 Pages: 5875～5883
  • DOI: 10.1109/JLT.2021.3092522
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Intertube Excitonic Coupling in Nanotube Van der Waals Heterostructures (2021)
  • Author(s): M. G. Burdanova, M. Liu, M. Staniforth, Y. Zheng, R. Xiang, S. Chiashi, A. Anisimov, E. I. Kauppinen, S. Maruyama, J. Lloyd-Hughes
  • Journal Title: Advanced Functional Materials Volume: 32 Pages: 2104969～2104969
  • DOI: 10.1002/adfm.202104969
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Semiconductor nanochannels in metallic carbon nanotubes by thermomechanical chirality alteration (2021)
  • Author(s): D.-M. Tang, S. V. Erohin, D. G. Kvashnin, V. A. Demin, O. Cretu, S. Jiang, L. Zhang, P.-X. Hou, G. Chen, D. N. Futaba, Y. Zheng, R. Xiang, X. Zhou, F.-C. Hsia, N. Kawamoto, M. Mitome, Y. Nemoto, F. Uesugi, M. Takeguchi, S. Maruyama, H.-M. Cheng, Y. Bando, C. Liu*, P. B. Sorokin*, D. Golberg
  • Journal Title: Science Volume: 374 Pages: 1616～1620
  • DOI: 10.1126/science.abi8884
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Experimental realization of the WS2-based 1D vdW heterostructure (2022)
  • Author(s): Y. Zheng, W. Dai, A. Kumamoto, J. Felizco, Y. Sato, K. Suenaga, K. Otsuka, Q. Zhang, A. Anisimov, E. Kauppinen, R. Xiang, S. Maruyama
  • Organizer: 第62回 フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
• [Presentation] Growth mechanism and handedness relation of 1D SWCNT-BNNT van der Waals heterostructures (2021)
  • Author(s): Y. Zheng, A. Kumamoto, K. Hisama, K. Otsuka, Y. Sato, T. Inoue, S. Chiashi, D. Tang, Q. Zhang, A. Anisimov, E. Kauppinen, K. Suenaga, Y. Ikuhara, R. Xiang, S. Maruyama
  • Organizer: 第61回 フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム