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化学修飾ナノチューブの電子構造と光物性

研究課題

研究課題/領域番号 20038031
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関京都大学

研究代表者

今堀 博  京都大学, 物質-細胞統合システム拠点, 教授 (90243261)

研究期間 (年度) 2008 – 2009
研究課題ステータス 完了 (2009年度)
配分額 *注記
3,000千円 (直接経費: 3,000千円)
2009年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
2008年度: 1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
キーワードカーボンナノチューブ / 密度汎関数法 / ビンゲル反応 / 化学修飾 / 電子状態 / エノラートアニオン / 結合様式 / 構造最適化 / 自己組織化 / 光電変換 / クラスター / 泳動電着 / 光電流 / フラーレン / 酸化スズ電極
研究概要

一般に、側壁への共有結合による化学修飾は、パイ共役性を破壊し、単層カーボンナノチューブ(SWNT)の電子状態を大きく変化させることが知られている。一方で、我々はこれまでに、SWNT側壁へのエノラートアニオンの環化付加反応、いわゆるビンゲル反応による修飾は、SWNTの電子状態にほとんど変化を起こさないことを実験的に見出した。本研究では、密度汎関数(DFT)法を用いて、ビンゲル反応修飾により得られるSWNTの構造や電子状態を理論的に考察した。ここで、チューブ軸に対して付加した3員環面が垂直あるいは垂直により近いものをType 1、平行あるいはより平行に近いものをType 2として表記する。Type 1およびType 2の(8,8)SWNTに対して構造最適化を行ったところ、Type 2では反応した側壁上の2つの炭素間の距離が1.57Aであるのに対し、Type 1では2.23Aとなり、結合の切断が示唆された。また、(10,5)SWNTを用いた場合にも、同様にType 1の場合に結合の開裂を伴うことが示唆された。さらに、無修飾およびType 1、Type 2のSWNTモデルに対して電子構造の考察を行ったところ、(8,8)および(10,5)SWNTのいずれにおいても、Type 1では、軌道のエネルギーが無修飾の場合と比べてほとんど変化せず、チューブ全体に電子が非局在化していた。一方Type 2では、付加基付近への電子の局在化が見られ、軌道のエネルギーが無修飾と比べて大きく変化していることがわかった。以上の結果とビンゲル反応修飾後に電子状態が保持されるという実験結果を考え合わせると、実験ではType 1の立体配置での付加反応が優先的に進行したと考えられる。今回、理論的結果とあわせて考察することで、SWNTの側壁化学修飾における結合様式の推定を行うことができた。

報告書

(2件)
  • 2009 実績報告書
  • 2008 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2010 2009 2008

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (2件) 図書 (2件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Comparison of Cluster Formation, Film Structure, Microwave Conductivity, and Photoelectrochemical Properties of Composites Consisting of Single-Walled Carbon Nanotubes with C60, C70, and C842010

    • 著者名/発表者名
      T.Umeyama, H.Imahori, et al.
    • 雑誌名

      J.Phys.Chem.C 114

      ページ: 3235-3247

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Selective Formation and Efficient Photocurrent Generation of [70] Fullerene-Single-Walled Carbon Nanotube Composites2010

    • 著者名/発表者名
      T.Umeyama, H.Imahori, et al.
    • 雑誌名

      Adv.Mater. 22(印刷中)

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Good Solvent Effects of C70 Cluster Formations and Their Electron-Transporting and Photoelectrochemical Properties2010

    • 著者名/発表者名
      T.Umeyama, H.Imahori, et al.
    • 雑誌名

      J.Phys.Chem.B 114(印刷中)

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Clusterization, Electrophoretic Deposition, and Photoelectrochemical Properties of Fullerene-Functionalized Carbon Nanotube Composites2008

    • 著者名/発表者名
      T. Umeyama, N. Tezuka, M. Fujita, S. Hayashi, N. Kadota, Y. Matano, and H. Imahori
    • 雑誌名

      Chem. Eur. J. 14

      ページ: 4875-4885

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Carbon Nanotube-Modified Electrodes for Solar Energy Conversion2008

    • 著者名/発表者名
      IT. Umeyama and H. Imahori
    • 雑誌名

      Energy Environ. Sci. (Perspective) 1

      ページ: 120-133

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fused Five-Membered Porphyrin for Dye-Sensitized Solar Cells2008

    • 著者名/発表者名
      S. Hayashi, Y. Matsubara, S. Eu, H. Hayashi, T. Umeyama, Y. Matano, and H. Imahori
    • 雑誌名

      Chem. Lett. 37

      ページ: 846-847

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Molecular Design of Nanostructured Interfaces for Solar Energy Conversion2009

    • 著者名/発表者名
      H.Imahori
    • 学会等名
      The 4th East Asia Symposium on Functional Dyes and Advanced Materials (EAS4)
    • 発表場所
      Osaka
    • 年月日
      2009-06-03
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Creation of Fullerene-and Carbon Nanotube-Based Artificial Photosynthetic Systems2009

    • 著者名/発表者名
      H. Imahori
    • 学会等名
      The 36th Fullerene-Nanotube General Symposium
    • 発表場所
      Nagoya
    • 年月日
      2009-03-04
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [図書] Progress in Nano-Electro-Optics VII2010

    • 著者名/発表者名
      H.Imahori, T.Umeyama
    • 総ページ数
      30
    • 出版者
      Springer
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [図書] 有機薄膜太陽電池の最新技術II2009

    • 著者名/発表者名
      梅山有和, 今堀博(分担)
    • 総ページ数
      9
    • 出版者
      CMC
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [産業財産権] 光電変換素子材料の製造方法及び有機太陽電池の製造方法2009

    • 発明者名
      今堀博
    • 権利者名
      京都大学
    • 産業財産権番号
      2009-183653
    • 出願年月日
      2009-08-06
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書

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公開日: 2008-04-01   更新日: 2018-03-28  

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