Development of on-surface synthesis for carbon nanomaterial with 14 group elements

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K18885
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 28:Nano/micro science and related fields
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: KAWAI Shigeki 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料解析研究拠点, グループリーダー (30716395)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2023-03-31
• Keywords: 表面化学 / 走査型トンネル顕微鏡 / ケイ素化学 / 表面合成 / ボトムアップ合成 / 共有結合性有機構造体 / グラフェンナノリボン

Outline of Final Research Achievements

In the past years, studies on bottom-up synthesis of low-dimensional carbon materials with precursor molecules on surface and analysis of structural and electronic properties with scanning probe microscopy have been developed rapidly. In order to increase the variety of the structure, we synthesized organosilicon compound and its one- and two-dimensional extensions. In general, the organosilicon compounds cannot be used as a precursor molecules for the on-surface synthesis due to its high reactivity. Thus, we developed novel on-surface chemical reaction, in which silicon atoms thermally deposited on Au(111) directly react to the halogenated hydrocarbons. In this way, we obtained the covalent organic frameworks with hexagonal C4Si2 rings as well as graphene nanoribbons.

Free Research Field

表面化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

金属表面上で有機化合物を前駆体とした1次元・2次元炭素薄膜のボトムアップ合成が大きく発展し、バンドギャップを制御できるグラフェンナノリボンなどが合成された。これらの構造を用いたナノデバイスの実現も考えられる。しかし、グラフェンの創出に触発され実現されたシリセンやゲルマネンなどの2次元薄膜のように、14族原子を導入した炭素ナノ薄膜のボトムアップ合成は報告されていなかった。本研究の成果により、表面化学合成における重い14族元素の採用が可能となり、新奇有機ケイ素ナノ材料の創出とその機能開拓が可能となった。