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2023 Fiscal Year Research-status Report

原子・空孔配列を制御したカーボンナノシートの開発

Research Project

Project/Area Number 22K04875
Research InstitutionKumamoto University

Principal Investigator

畠山 一翔  熊本大学, 産業ナノマテリアル研究所, 助教 (30773965)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Keywordsエポキシカーボンナノシート / 酸化グラフェン / ナノシート / グラフェン
Outline of Annual Research Achievements

本研究の研究目的は、申請者が新開発したエポキシカーボンナノシートを前駆体とし、機能性二次元ナノカーボン材料を次々に開発することにある。2023年度はエポキシカーボンナノシートの構造規則性が高いことを利用し、FT-IRスペクトルをDFT計算により予測し、実測スペクトルと比較することで構造予測を実施した。DFT計算によるFT-IRスペクトルの予測は、これまでの酸化グラフェンを用いた研究において、複雑すぎる構造により、難しいとされていた。さまざまな構造のカーボンナノシートを想定し計算を実施したところ、実測されたFT-IRスペクトルは、DFT計算でグラフェン骨格にエポキシ基が規則的に配列した構造を想定した場合、最もよく一致した。この構造の規則性を崩したり、わずかに欠陥を加えると、実測結果との矛盾が大きくなった。この結果は、エポキシカーボンナノシートが規則的に配列した構造を有する可能性が高いことを意味する。また、これまで不明であったFT-IRの振動モードについても議論することが可能になり、FT-IRスペクトルのピークの起源を推定することができた。また、エポキシカーボンナノシートの電気伝導性、キャリア移動度は、従来の酸化グラフェンより大幅に高いことがわかり、これらの実験結果もエポキシカーボンナノシートの欠陥密度が小さことを支持する。これらの成果は、これまでの酸化グラフェンを用いた研究では得られなかった成果であり、重要な知見であると考えている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

2023年度はこれまでの酸化グラフェンでは難しいとされてきたDFT計算により、エポキシカーボンナノシートのFT-IRスペクトルを予測し、構造規則性を議論した。これまで難しいと言われていたDFT計算を実施し、エポキシカーボンナノシートの構造規則性についてさらなる証拠を見出した。また、それらを進めていく過程で、これまで不明であったFT-IRスペクトルの帰属について新たな知見を発見することができた。以上のことから、順調に進展していると考える。

Strategy for Future Research Activity

これまでの研究で、エポキシカーボンナノシートが高い構造規則性を持ち、キャリア移動度や電気伝導性が高いことを見出した。今後は、これらの特性を利用した応用研究を実施する予定である。具体的には、多機能膜や透明電極への利用を検討する。

Causes of Carryover

本年度はDFT計算による構造予測を主に行ったため、消耗品の使用が予定より少なかった。来年度は、応用研究を主に実施する予定であるため、本年度未使用分も物品購入のために充てる予定である。

  • Research Products

    (7 results)

All 2024 2023

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Manganese doped graphene oxide: Selective hydrogenation catalyst for converting 5-hydroxymethyl furfural to 5-methyl furfural2024

    • Author(s)
      Ahmad Muhammad Sohail、Nagata Yu、Masumoto Keigo、Inomata Yusuke、Hatakeyama Kazuto、Quitain Armando T.、Shotipruk Artiwan、Kida Tetsuya
    • Journal Title

      Molecular Catalysis

      Volume: 553 Pages: 113787~113787

    • DOI

      10.1016/j.mcat.2023.113787

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Suppression of copper surface oxidation by electrophoretically deposited graphene oxide film2023

    • Author(s)
      Ye Nan、Hatakeyama Kazuto、Okada Mitsuhiro、Shimizu Tetsuo、Kubo Toshitaka
    • Journal Title

      AIP Advances

      Volume: 13 Pages: 055002

    • DOI

      10.1063/5.0137680

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Enhancement of formic acid formation by nitrogen-doped graphene oxide nanosheets decorated with Sn nanoparticles in electrochemical CO<sub>2</sub> reduction2023

    • Author(s)
      Tano Yuma、Ahmad Muhammad Sohail、Watase Yuya、Tsugawa Tatsuki、Takase Satoko、Inomata Yusuke、Hatakeyama Kazuto、Ida Shintaro、Armando Quitain、Shimizu Youichi、Kida Tetsuya
    • Journal Title

      Sustainable Energy &amp; Fuels

      Volume: 7 Pages: 3964~3971

    • DOI

      10.1039/D3SE00781B

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Basic Properties and Potential of Graphene Oxide2023

    • Author(s)
      Kazuto Hatakeyama
    • Organizer
      SICTAS2023
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Investigation of Structural Regularity of Graphene Oxide by Experimental and Computational Methods2023

    • Author(s)
      Kazuto Hatakeyama, Tatsuki Tsugawa, Takaaki Taniguchi, Michio Koinuma, Shintaro Ida
    • Organizer
      The 2023 MRS Fall Meeting
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 酸化グラフェンの機能性制御2023

    • Author(s)
      畠山一翔
    • Organizer
      The 12th FNTG Young Researcher Meeting
    • Invited
  • [Presentation] 天然鉱物から合成する低次元炭素材料の機能開拓2023

    • Author(s)
      畠山一翔
    • Organizer
      石油学会九州・沖縄支部 第 49回支部講演会
    • Invited

URL: 

Published: 2024-12-25  

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