2021 Fiscal Year Annual Research Report
化学修飾による近赤外発光性カーボンナノチューブライブラリーの構築と高純度化
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21H01759
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| Research Institution | Tokyo Gakugei University |
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Principal Investigator |
前田 優 東京学芸大学, 教育学部, 教授 (10345324)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | カーボンナノチューブ / 化学修飾 / 近赤外発光 / 近赤外吸収 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
半導体型の電子構造を持つSWNTsは構造に応じた固有の近赤外発光を生じることから、その近赤外光を利用した深度の高いリアルタイムイメージングや、光通信のセキュリティーを向上させるための単一光子源としての活用が期待されている。当該年度の成果研究実績として、SWNTsの化学修飾における近赤外発光制御に関して、以下の研究成果を得た。SWNTs付加体の化学修飾によって発現する発光波長について、理論計算からは付加様式の違いに基づくことが提案されている。例えば、水素原子とアルキル基が導入される場合とアルキル基が2つ導入された場合についての理論計算が行われている。重要な知見として、付加基の立体反発によって熱力学的に安定な付加様式が異なること、化学修飾によって生じる発光波長の支配的な因子が付加様式であることが示されている。一般にSWNTsの付加基の導入量は、熱重量分析やラマンスペクトルから判断されているが、付加している官能基を区別することは困難な状況にある。そこで、分光学的に定量が可能な官能基を導入したSWNTs付加体を合成し、ラマンスペクトルにて見積もった化学修飾率と分光学的に官能基量を評価することで、付加している官能基の評価を試みた。さらに、付加基として嵩高さの異なる反応試薬を合成し、立体的効果とSWNTs付加体の分光学的評価において、再現性のある相関性が得られた。今後、より精度の高い実験データを得ることで、付加様式とSWNTs付加体の発光特性の関係性について考察を行う。SWNTs付加体の分離・精製について検討を進めており、単一構造のSWNTs付加体の単離には至ってはいないものの、分離前には評価が困難であった新しいSWNTs付加体の特性評価についても可能な状況となった。
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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
SWNTsの近赤外発光制御を行うために、環化付加反応に適した反応試薬を用いて、化学修飾を行った。柔軟なアルキル鎖で化学修飾する場合には、アルキル鎖長によって、特異的に発光波長選択性が発現することを見出した。これらのSWNTs付加体を界面活性剤で高分散し、構造に基づいて分離精製をすることができるか検討した。前処理となる分散方法など、複数の因子の条件を検討することで、これらの付加体が分離・精製できること、分離前には観測することができなかったSWNTs付加体の近赤外発光も検出できることを見出した。一方で、単一構造のSWNTs付加体を得ることは困難であり、引き続き分離・精製の条件を検討する必要がある。吸収スペクトル、発光スペクトル、ラマンスペクトルなどから、分離されたSWNTs付加体の構造と特性の分析を行い、構造と性質の関係性について評価を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続きSWNTs付加体の合成と分離・精製の条件検討を進め、構造の異なるSWNTs付加体の純度の向上を進める。また、各種分光測定から、分離されたSWNTs付加体の構造と特性の評価を進め、構造と性質の関係性について理解を深める。SWNTs付加体の付加基の分光学的評価の精度を高め、付加基の定量的評価を検討する。これによって、付加基の導入割合と発光特性の関係性について、知見を得る。化学修飾により発現する発光について、選択的に発現させることを目的として、これまでに得られた知見に基づいて、化学修飾に用いる反応試薬の設計と合成、これらを用いたSWNTsの付加反応を検討する。
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