Development and application of nanocarbons confined in zeolites

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01761
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 28030:Nanomaterials-related
• Research Institution: Shinshu University
• Principal Investigator: Tanaka Hideki 信州大学, 学術研究院総合人間科学系, 教授 (80376368)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 内山 真伸 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 教授 (00271916) ; 宮本 和範 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 准教授 (40403696) ; 西原 洋知 東北大学, 材料科学高等研究所, 教授 (80400430)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ナノカーボン－ゼオライト複合体 / 固体蛍光体 / カルビン

Outline of Final Research Achievements

The research aimed to explore functionalities that should emerge for the first time by creating nanocarbons within zeolites and by confining the nanocarbons in the narrow pores. Specifically, we worked on experimentally creating or theoretically predicting nanocarbons (with 0-dimensional and 1-dimensional structures) within the pores of zeolites, focusing on functionalities derived from the size and dimensionality of zeolite pores, as well as those brought about by the geometrical pore structure. This study mainly involved the synthesis of carbon quantum dots (0-dimensional) and the theoretical prediction of carbyne (1-dimensional) synthesis, successfully identifying the functionalities emerging from the structure of the zeolite framework.

Free Research Field

吸着工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

クエン酸などを用いたゼオライト細孔内におけるカーボン量子ドット(0次元)の合成では，量子収率30 %を超える固体蛍光体が反応温度200 ℃において得られること，また，蛍光波長の制御も可能であることを見出した。本成果は安価な高輝度固体蛍光体の製造法へと発展することが期待される。さらに，ab initio 分子動力学シミュレーションによって，ゼオライトの細孔内にカルビンを合成することが可能であり，かつ，ゼオライトの細孔構造によってカルビンのバンドギャップを制御可能であることを明らかとした。本成果は，新規半導体の開発につながることが期待される。