3次元グラフェンが生み出す特異物性の解明と開拓

• 研究課題/領域番号: 15H05473
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 物理化学
• 研究機関: 筑波大学 (2016-2017); 東北大学 (2015)
• 研究代表者: 伊藤 良一 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (90700170)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 24,830千円 (直接経費: 19,100千円、間接経費: 5,730千円); 2017年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円); 2016年度: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円); 2015年度: 14,560千円 (直接経費: 11,200千円、間接経費: 3,360千円)
• キーワード: グラフェン / 多孔質 / 周期構造 / ３次元デバイス / 化学ドープ / トランジスタ / プラズモン / 触媒 / ディラック電子 / テラヘルツ / 化学物理 / ナノ多孔質 / 炭素材料 / 周期的極小曲面 / ディラックコーン / 電子状態密度 / 比熱

研究成果の概要

質量を持たないディラック電子とディラックコーン型電子状態密度を持つ２次元グラフェンに３次元構造を持たせて２次元グラフェンの特性を良く維持した３次元グラフェンを化学気相蒸着法を用いて作製しその基礎物性を明らかにした。また、磁場中で多孔質構造体をランダムに動く電子の挙動について基礎的な理解を深めた。これら基礎物性が明らかとなった３次元構造を持つグラフェンを用いて２次元グラフェンでは実現が難しかった様々な３次元構造が必要な応用デバイス（グラフェントランジスタ、テラヘルツによるグラフェン表面状上のプラズモン効果、金属を用いないグラフェン触媒など）を開発することに成功した。

研究成果

• [国際共同研究] 上海交通大学(中国)
• [国際共同研究] ローマ・ラ・サピエンツァ大学(イタリア)
• [国際共同研究] クイーンズランド工科大学(オーストラリア)
• [国際共同研究] マックスプランク研究所(ドイツ)
• [国際共同研究] 国立台湾大学(台湾)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] Johns Hopkins University(米国)
• [国際共同研究] East China Normal University(中国)
• [雑誌論文] Cooperation between holey graphene and NiMo alloy for hydrogen evolution in an acidic electrolyte (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshikazu Ito, Tatsuhiko Ohto, Daisuke Hojo, Mitsuru Wakisaka, Yuki Nagata, Linghan Chen, Kailong Hu, Masahiko Izumi, Jun-ichi Fujita, and Tadafumi Adschiri
  • 雑誌名: ACS Catal. 巻: in press 号: 4 ページ: 3579-3586
  • DOI: 10.1021/acscatal.7b04091
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Topology and doping effects in three-dimensional nanoporous graphene (2018)
  • 著者名/発表者名: Di Bernardo Iolanda、Avvisati Giulia、Chen Chaoyu、Avila Jose、Asensio Maria Carmen、Hu Kailong、Ito Yoshikazu、Hines Peter、Lipton-Duffin Josh、Rintoul Llew、Motta Nunzio、Mariani Carlo、Betti Maria Grazia
  • 雑誌名: Carbon 巻: 131 ページ: 258-265
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2018.01.076
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] グラフェンの3次元化による用途開拓 (2018)
  • 著者名/発表者名: Ito Yoshikazu
  • 雑誌名: 炭素 巻: 2018 号: 281 ページ: 8-15
  • DOI: 10.7209/tanso.2018.8
  • NAID: 130006405212
  • ISSN: 0371-5345, 1884-5495
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bottom-up Synthesis of Porous NiMo Alloy for Hydrogen Evolution Reaction (2018)
  • 著者名/発表者名: Hu Kailong、Jeong Samuel、Wakisaka Mitsuru、Fujita Jun-ichi、Ito Yoshikazu
  • 雑誌名: Metals 巻: 8 号: 2 ページ: 83-83
  • DOI: 10.3390/met8020083
  • NAID: 120007133858
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Three-dimensional porous graphene networks expand graphene-based electronic device application (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Ito, Y. Tanabe, K. Sugawara, M. Koshino, T. Takahashi, K. Tanigaki, H. Aoki, M. Chen
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 20 号: 9 ページ: 6024-6033
  • DOI: 10.1039/c7cp07667c
  • NAID: 120007134239
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Near room temperature chemical vapor deposition of graphene with diluted methane and molten gallium catalyst (2017)
  • 著者名/発表者名: Fujita Jun-ichi、Hiyama Takaki、Hirukawa Ayaka、Kondo Takahiro、Nakamura Junji、Ito Shin-ichi、Araki Ryosuke、Ito Yoshikazu、Takeguchi Masaki、Pai Woei Wu
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1038/s41598-017-12380-w
  • NAID: 120007134786
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Two-Dimensional Hallmark of Highly Interconnected Three-Dimensional Nanoporous Graphene (2017)
  • 著者名/発表者名: Di Bernardo Iolanda、Avvisati Giulia、Mariani Carlo、Motta Nunzio、Chen Chaoyu、Avila Jose、Asensio Maria Carmen、Lupi Stefano、Ito Yoshikazu、Chen Mingwei、Fujita Takeshi、Betti Maria Grazia
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 2 号: 7 ページ: 3691-3697
  • DOI: 10.1021/acsomega.7b00706
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Terahertz and mid-infrared plasmons in three-dimensional nanoporous graphene (2017)
  • 著者名/発表者名: D’Apuzzo Fausto、Piacenti Alba R.、Giorgianni Flavio、Autore Marta、Guidi Mariangela Cestelli、Marcelli Augusto、Schade Ulrich、Ito Yoshikazu、Chen Mingwei、Lupi Stefano
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 号: 1 ページ: 14885-14885
  • DOI: 10.1038/ncomms14885
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] One-step nanoporous structure formation using NiO nanoparticles: pore size control and pore size dependence of hydrogen evolution reaction (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshikazu Ito, Masahiko Izumi, Daisuke Hojo, Mitsuru Wakisaka, Tsutomu Aida, Tadafumi Adschiri
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 46 号: 2 ページ: 267-270
  • DOI: 10.1246/cl.161017
  • NAID: 130005317050
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Correlation between Chemical Dopants and Topological Defects in Catalytically Active Nanoporous Graphene (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshikazu Ito, Yuhao Shen, Daisuke Hojo, Yoji Itagaki, Takeshi Fujita, Linghan Chen, Tsutomu Aida, Zheng Tang, Tadafumi Adschiri, Mingwei Chen
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 28 号: 48 ページ: 10644-10651
  • DOI: 10.1002/adma.201604318
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electric Properties of Dirac Fermions Captured into 3D Nanoporous Graphene Networks (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Tanabe, Y. Ito, K. Sugawara, D. Hojo, M. Koshino, T. Fujita, T. Aida, X. Xu, K. K. Huynh, H. Shimotani, T. Adschiri, T. Takahashi, K. Tanigaki, H. Aoki, and M. Chen
  • 雑誌名: Adv. Mater. 巻: 28 号: 46 ページ: 10304-10304
  • DOI: 10.1002/adma.201601067
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] ナノポーラスグラフェンにおける弱局在の幾何学的制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岡本拓也, 伊藤良一, 藤田武志, 河野行雄
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] 太陽光熱を高効率に利用した3次元グラフェンデバイスの開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤良一
  • 学会等名: 第二回プレ戦略研究会「次世代物質・デバイス戦略開発拠点」
• [学会発表] ワンステップで作成したナノ多孔質ニッケル電極による水素発生電極の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊藤良一、泉正彦、北條大介、脇坂暢、相田努、阿尻 雅文
  • 学会等名: 日本化学会 第97春季年会 (2017)
  • 発表場所: 慶應義塾大学 日吉キャンパス（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] 3D Graphene Provide New Ways for Creating Graphene Applications (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshikazu Ito
  • 学会等名: 2017 TIMS-CENIDE Joint Symposium on Nanoscience and Nanotechnology
  • 発表場所: 筑波大学（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2017-03-10
  • 国際学会
• [学会発表] 3D graphene expands graphene applications (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshikazu Ito
  • 学会等名: The AIMR International Symposium 2017
  • 発表場所: Sendai International Center（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2017-02-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 穴が空いたグラフェンで表面を保護された強酸性水溶液中での卑金属水素発生電極の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊藤良一, 北條大介, 脇坂暢, 阿尻雅文
  • 学会等名: 第11回分子科学討論会
• [学会発表] 窒素ドープグラフェンで保護されたNiMoナノ粒子による強酸性水溶液での高効率水素発生材料の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 胡 凱龍，藤田 淳一，伊藤良一
  • 学会等名: 第11回分子科学討論会
• [学会発表] Analyzing nanoscale optical and thermal properties in nanoporous graphene by near-field infrared microscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Takuya Okamoto, D. Suzuki, Yoshikazu. Ito, Takeshi Fujita, Yukio Kawano
  • 学会等名: 42nd International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz)
  • 国際学会
• [学会発表] 3D graphene expands graphene applications for sustainable societies (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshikazu Ito
  • 学会等名: Interdisciplinary Symposium for Up-and-coming Material Scientists 2017 (ISUMS2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ３次元グラフェンの合成と物性評価およびデバイス応用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 伊藤良一
  • 学会等名: 日本物理学会 2016年秋季大会（物性）
  • 発表場所: 金沢大学角間キャンパス（石川県金沢市）
  • 年月日: 2016-09-13
  • 招待講演
• [学会発表] 金属を使用しないナノ多孔質グラフェンを用いた水素発生電極の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 良一、北條 大介、板垣 陽地、Yuhao Shen、藤田 武志、Tang Zheng、相田 努、阿尻 雅文、陳 明偉
  • 学会等名: 第10回分子科学討論会
  • 発表場所: 神戸ファッションマート（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] ナノ多孔質グラフェンを用いた高効率水蒸気発生材料 (2016)
  • 著者名/発表者名: 伊藤良一, 田邉洋一, 韓久慧, 藤田武志, 谷垣勝己, 陳明偉
  • 学会等名: 日本化学会第96春季年会
  • 発表場所: 京田辺市多々羅都谷 同志社大学
  • 年月日: 2016-03-24
• [学会発表] 3次元ナノ多孔質グラフェンを用いた高効率エネルギー創生 (2015)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 良一,Qiu H.-J., 藤田 武志, 陳 明偉
  • 学会等名: 分子科学討論会
  • 発表場所: 東京都目黒区大岡山 東京工業大学
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] High Quality Three-Dimensional Nanoporous Graphene (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshikazu Ito, Takeshi Fujita, Mingwei Chen
  • 学会等名: 22nd International Symposium on Metastable, Amorphous and Nanostructured Materials
  • 発表場所: フランス パリ
  • 年月日: 2015-07-13
  • 国際学会
• [備考] 平成29年度 科学技術分野 文部科学大臣表彰若手科学者賞 数理物質系 伊藤 良一
  • URL: http://www.tsukuba.ac.jp/update/awards/20170511143104.html
• [備考] 平成29年度筑波大学若手教員特別奨励賞 数理物質系 伊藤 良一
  • URL: http://www.tsukuba.ac.jp/update/awards/20170620113304.html
• [備考] 第30回安藤博記念学術奨励賞
• [備考] 第39回本多記念奨励賞
  • URL: http://hondakinenkai.or.jp/docs/59th_awards.pdf
• [備考] 日刊工業新聞、伊藤筑波大准教授ら選定
  • URL: https://www.nikkan.co.jp/articles/view/00429832
• [備考] 伊藤助教、第10回 PCCP Prize受賞
  • URL: http://www.wpi-aimr.tohoku.ac.jp/jp/news/media/2016/20160328_000619.html
• [備考] 伊藤助教、トーキン科学技術賞受賞
  • URL: http://www.wpi-aimr.tohoku.ac.jp/jp/news/media/2016/20160316_000617.html
• [産業財産権] 多孔質体およびその製造方法並びに電極 (2016)
  • 発明者名: 伊藤良一、陳明偉、阿尻雅文、北條大介、藤田武志、相田努
  • 権利者名: 伊藤良一、陳明偉、阿尻雅文、北條大介、藤田武志、相田努
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2016-04-28