2023 Fiscal Year Research-status Report
先端分光計測と精密合成を活用したグラフェンナノリボンの微細構造と機能の制御
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21KK0091
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
奥野 将成 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (00719065)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
成田 明光 沖縄科学技術大学院大学, 有機・炭素ナノ材料ユニット, 准教授 (30870133)
大戸 達彦 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (90717761)
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| Project Period (FY) |
2021-10-07 – 2025-03-31
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| Keywords | 振動分光 / 第一原理計算 / グラフェンナノリボン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度の分光計測・有機合成・量子化学計算の各研究は以下の通りである。
・分光計測 ラマンスペクトルにおけるanti-Stokes/Stokes比から温度計測を可能にするため、これまでの装置では測定できていなかったanti-Stokes信号を検出可能な装置へと組み替えた。これによって、671 nmおよび785 nmの二つの励起波長におけるanti-Stokes信号の検出が可能となった。また、並行して非線形振動分光法の一種であるハイパーラマン分光法を顕微鏡へと応用する、ハイパーラマン顕微分光装置の開発を行っている。
・有機合成 昨年度までに引き続き、グラフェンナノリボン（GNR）や短いGNRに相当する多環芳香族炭化水素の合成検討を行った。例えば、エッジ上にベンゼン環を縮環したジグザグ型GNRのモデル化合物として、ジベンゾペリオクタセン（DBPO）を溶液合成し、X線結晶構造解析やNMRによる構造決定に成功した。
・量子化学計算 上に述べたDBPOについて、CASSCF(4,4)/def2-TZVPPを用いて電子状態を求め、閉殻一重項が安定であり、閉殻性の指標であるジラジカル因子も非常に小さいことを明らかにした。多環芳香族については高い精度を持つ強結合ハバードモデルを用いた計算を行い、同様の結果を得た。また、CaF2/水/グラフェン系について、計算条件を仔細に検討し、古典力場ではなく第一原理分子動力学シミュレーションによる水の和周波発生分光スペクトルをシミュレーションに成功した。
また、共同研究先のドイツ国マックスプランク研究所高分子研究所に研究分担者二人が同時に滞在し、DMPOやグラフェン/水系について同研究結果や今後の展開について議論した。
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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
分光計測についてはやや進展が遅れているが、量子化学計算および有機合成に関しては十分な進展が得られた。新奇分子の合成および量子化学計算によるその電子状態の計算など、共同研究として十分な進展が得られている。また、ドイツ国マックスプランク研究所高分子研究所との共同研究も順調に進展しており、特に量子化学計算によって、CaF2/水/グラフェン系の振動和周波発生スペクトルの高精度計算に成功し、実験結果と十分に比較できる結果が得れている。以上から、順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、分光計測・量子化学計算・有機合成のそれぞれが協力しながら、グラフェンナノリボンをはじめとした分子系の合成および評価を行っていく。分光計測では、当初の予定通りハイパーラマン顕微分光による計測を開始する。また、共同研究先に今年度も複数回滞在する予定であり、それを通じて多環芳香族炭化水素の物性評価や理論計算について協議する予定である。
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| Causes of Carryover |
世界情勢の変化に伴い、物価や燃料費の高騰に伴い、予定通りの支出を行うことが難しい状況であった。特に航空券の高騰は、本研究において大きな影響を及ぼしている。航空券の価格が安定した最終年度は研究代表者および分担者が海外出張によって共同研究を強力に推進する予定である。
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