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2022 Fiscal Year Research-status Report

活性点が構造制御されたナノ炭素材料の合成法と解析法の確立

Research Project

Project/Area Number 21K04773
Research InstitutionChiba University

Principal Investigator

山田 泰弘  千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (90546780)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords炭素材料 / ピリジニック窒素 / 第3級窒素 / 構造制御 / スクリーニング / 反応分子動力学計算 / グラフェン / XPS
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、活性点(ピリジニック窒素(N-C-H、gulfエッジを含むもの等)や第3級窒素等)を選択的に導入したナノ炭素材料の合成を行った。これらの研究を通して、計算化学(反応分子動力学計算や密度汎関数法によるエネルギー計算)を適用し、構造制御された炭素材料の原料をスクリーニングする技術を確立した。活性点が選択的に導入された炭素材料の合成においては、原料の骨格構造の反応性を利用し、原料を減圧下で加熱するシンプルな方法で構造制御された炭素材料の合成に成功した。また、炭素材料の構造制御に求められる原料構造構造を明確化するため、種々の分析(赤外分光分析(IR)、Raman分光分析、元素分析、X線光電子分光分析(XPS))に加えて、密度汎関数法による計算や、反応分子動力学計算などを組合せ、炭素材料の分析技術を確立してきた。さらに類を見ない高精度構造解析法の確立を目指し、種々の構造の異なるグラフェンやグラフェンナノリボンのX線光電子分光分析による分析を行った。本研究成果の一部は、論文として6報Acceptされており(Carbon Rep. Accepted(https://doi.org/10.7209/carbon.020202), Carbon 207 (2023) 270-291, Carbon Lett. accepted(https://doi.org/10.1007/s42823-023-00482-7), Carbon 203 (2023) 498-522, Carbon 198 (2022) 411-434, J. Mater. Sci. 57 (2022) 15789-15808)、炭素材料学会でも発表を行った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究成果は、論文として6報Acceptされており、炭素材料学会でも発表を行った。例えば、触媒を使用することなく、ピリジニック窒素(N-C-H、gulfエッジを含むもの等)や第3級窒素等を高い割合で含む炭素材料を合成した(Carbon Rep. Accepted(https://doi.org/10.7209/carbon.020202), Carbon 207 (2023) 270-291, Carbon Lett. accepted(https://doi.org/10.1007/s42823-023-00482-7), Carbon 203 (2023) 498-522, Carbon 198 (2022) 411-434)。また、X線光電子分光分析によるグラフェンやグラフェンナノリボン等の詳細な構造解析技術の確立を行った。これらの成果により、ナノ炭素材料の構造を詳細に解析することが可能となった(Mater. Sci. 57 (2022) 15789-15808)。また、X線光電子分光分析や赤外分光分析、ラマン分光分析と反応動力学計算を組合せて含窒素炭素材料の構造解析の精度を大幅に向上した(Carbon 203 (2023) 498-522, Carbon 198 (2022) 411-434)。

Strategy for Future Research Activity

炭素材料の活性点の構造制御状態をさらに高められるように、可能性のある原料を数多く炭素化し、活性点の構造制御状態を種々の分光分析と計算により詳細に解析する。数多くの原料を炭素化して加熱することにより、活性点の構造制御に求められる原料構造の必要条件を明確化し、今後の原料選択のための基礎データを蓄積する。現在のところ、研究計画の変更や研究遂行上の問題点は見つかっておらず、順調に研究が進展している。

  • Research Products

    (10 results)

All 2023 2022 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (3 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Bottom-up synthesis of pyridinic nitrogen-containing carbon materials with C?H groups next to pyridinic nitrogen from two-ring aromatics2023

    • Author(s)
      Ohtsubo Naoto、Gohda Syun、Gotoh Kazuma、Sato Satoshi、Yamada Yasuhiro
    • Journal Title

      Carbon

      Volume: 207 Pages: 270~291

    • DOI

      10.1016/j.carbon.2023.02.019

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Synthesis of carbon materials with extremely high pyridinic-nitrogen content and controlled edges from aromatic compounds with highly symmetric skeletons2023

    • Author(s)
      Taguchi Taisei、Gohda Syun、Gotoh Kazuma、Sato Satoshi、Yamada Yasuhiro
    • Journal Title

      Carbon Letters

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1007/s42823-023-00482-7

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Toward strategical bottom-up synthesis of carbon materials with exceptionally high basal-nitrogen content: Development of screening techniques2023

    • Author(s)
      Yamada Yasuhiro、Sato Hayato、Gohda Syun、Taguchi Taisei、Sato Satoshi
    • Journal Title

      Carbon

      Volume: 203 Pages: 498~522

    • DOI

      10.1016/j.carbon.2022.11.043

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Bottom-up Synthesis of Pyridinic-Nitrogen Doped Carbon Materials from Brominated Two-fused-ring Aromatics at Low Carbonization Temperatures2023

    • Author(s)
      Ohtsubo Naoto、Gohda Shun、Sato Satoshi、Yamada Yasuhiro
    • Journal Title

      Carbon Reports

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.7209/carbon.020202

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Toward strategical bottom-up synthesis of carbon materials with exceptionally high pyridinic-nitrogen content: Development of screening techniques2022

    • Author(s)
      Yamada Yasuhiro、Tanaka Haruki、Tanaka Yosuke、Kubo Shingo、Taguchi Taisei、Sato Satoshi
    • Journal Title

      Carbon

      Volume: 198 Pages: 411~434

    • DOI

      10.1016/j.carbon.2022.06.069

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effects of molecular shapes, molecular weight, and types of edges on peak positions of C1s X-ray photoelectron spectra of graphene-related materials and model compounds2022

    • Author(s)
      Mori Kumiko、Kim Jungpil、Kubo Shingo、Yamada Yasuhiro
    • Journal Title

      Journal of Materials Science

      Volume: 57 Pages: 15789~15808

    • DOI

      10.1007/s10853-022-07599-6

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 含窒素炭素材料における原料のスクリーニング法の開発2022

    • Author(s)
      山田泰弘
    • Organizer
      第49回炭素材料学会年会
  • [Presentation] 臭素導入によるpyrrolic窒素含有炭素材料の合成2022

    • Author(s)
      佐藤有紗, 山田泰弘, 郷田隼, 佐藤智司
    • Organizer
      第49回炭素材料学会年会
  • [Presentation] 含窒素官能基が制御されたグラフェンナノリボンの合成2022

    • Author(s)
      根岸佑衣,山田泰弘,郷田隼,佐藤智司
    • Organizer
      第49回炭素材料学会年会
  • [Remarks] 千葉大学 工学研究院 山田泰弘

    • URL

      http://chem.tf.chiba-u.jp/~y-yamada/publication.htm

URL: 

Published: 2023-12-25  

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