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単分子化学による構造化ナノグラフェンの表面合成

研究課題

研究課題/領域番号 21F21058
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分外国
審査区分 小区分28030:ナノ材料科学関連
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構

研究代表者

川井 茂樹  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)

研究分担者 SUN KEWEI  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, 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2021-04-28 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2022年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2021年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワード表面化学反応 / 単分子 / 走査型トンネル顕微鏡 / 炭素ナノ構造体 / ヘテロカップリング / 14族元素 / 磁性 / 近藤ピーク / 表面反応
研究開始時の研究の概要

近年の走査型プローブ顕微鏡の計測技術の向上とともに、単分子の構造を直接的に観察することができるようになった、本研究では、その計測技術を用いて、前駆体の小分子を金属表面上に蒸着して加熱により反応させる表面化学反応の開発と、その生成物である炭素ナノ薄膜の電気特性の評価および機能開発に取り組むことを目的とする。
本研究で合成される炭素ナノ薄膜材料は、次世代のナノエレクトロニクスに展開できる可能性のある重要な材料である。また、その過程で得られる研究結果は、表面化学の学理の発展につながると期待できる。

研究実績の概要

近年の走査型プローブ顕微鏡の計測技術の向上とともに、単分子の構造を直接的に観察することができるようになった。本研究では、その計測技術を用いて、金属表面上に蒸着して加熱により小分子を反応させる表面化学反応の開発と、その生成物である炭素ナノ薄膜の電気特性の評価および機能開発を目的とした。
加熱により誘発される表面化学反応を開発した。現在の表面合成においてもっとも一般的に用いられている反応は、ホモカップリングのウルマンタイプである。しかし、多様な構造を合成するためには、異なる部位を意図した方向で連結できるヘテロカップリングの実現が重要である。そこで、有機合成で一般的に保護基として用いられているTMS基とC-Cl部位との間で反応する薗頭タイプの表面反応を開発した。これにより、異なるユニットを交互に配置させたオリゴマーの生成を実現した。
これまでにヘテロアトムを炭素ナノ構造体に導入する試みがされてきた。しかし、表面合成では用いる前駆体分子の制限により、Siなどの重い14族元素の導入が困難であった。そこで、表面科学で一般的な電子線加熱蒸着でSi原子をあらかじめ金表面に吸着させ、その場で分子と反応させることで、Siを含んだ2次元の炭素ナノ薄膜の合成を実現した。
2015年に受入研究者が合成したホウ素を含有したグラフェンナノリボンは下地の金基板に強く吸着し、そのままでは電気特性の計測が困難であった。そこで、AuSix薄膜を用いたインターカレーション膜を生成することで計測を試みた。その過程で、Si原子がホウ素サイト上に化学結合し、また、探針によって除去できることが分かった。この探針による構造変化を行うことで、導入したホウ素に起因して発生した近藤ピークを検出することに成功した。
これら外国人特別研究員が主導的に行った研究以外にも、受入研究者が推進している研究にも積極的に参画し、多くの研究成果を挙げた。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 5件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 4件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Aalto Univeristy(フィンランド)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Basel(スイス)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Basel(スイス)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] Aalto Univeristy(フィンランド)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Magnetism in Nonplanar Zigzag Edge Termini of Graphene Nanoribbons2023

    • 著者名/発表者名
      Xu Xiushang、Sun Kewei、Ishikawa Atsushi、Narita Akimitsu、Kawai Shigeki
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 62 号: 24 ページ: 202302534-202302534

    • DOI

      10.1002/anie.202302534

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Strain‐Sensitive On‐Surface Ladderization by Non‐Dehydrogenative Heterocyclization2023

    • 著者名/発表者名
      Ma Yujing、Sugawara Kazuma、Ishigaki Yusuke、Sun Kewei、Suzuki Takanori、Kawai Shigeki
    • 雑誌名

      Chemistry - A European Journal

      巻: 29 号: 15

    • DOI

      10.1002/chem.202203622

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] On-surface synthesis of disilabenzene-bridged covalent organic frameworks2022

    • 著者名/発表者名
      Sun Kewei、Silveira Orlando J.、Ma Yujing、Hasegawa Yuri、Matsumoto Michio、Kera Satoshi、Krejci Ondrej、Foster Adam S.、Kawai Shigeki
    • 雑誌名

      Nature Chemistry

      巻: 15 号: 1 ページ: 136-142

    • DOI

      10.1038/s41557-022-01071-3

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Multiple molecular interactions between alkyl groups and dissociated bromine atoms on Ag(111)2022

    • 著者名/発表者名
      Kawai Shigeki、Sugawara Kazuma、Ma Yujing、Sun Kewei、Custance Oscar、Ishigaki Yusuke、Suzuki Takanori
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 24 号: 36 ページ: 22191-22197

    • DOI

      10.1039/d2cp03198a

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Manipulation of Spin Polarization in Boron-Substituted Graphene Nanoribbons2022

    • 著者名/発表者名
      Sun Kewei、Silveira Orlando J.、Saito Shohei、Sagisaka Keisuke、Yamaguchi Shigehiro、Foster Adam S.、Kawai Shigeki
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 16 号: 7 ページ: 11244-11250

    • DOI

      10.1021/acsnano.2c04563

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] On‐Surface Synthesis of Porphyrin‐Complex Multi‐Block Co‐Oligomers by Defluorinative Coupling2021

    • 著者名/発表者名
      Kawai Shigeki、Ishikawa Atsushi、Ishida Shin‐ichiro、Yamakado Takuya、Ma Yujing、Sun Kewei、Tateyama Yoshitaka、Pawlak R?my、Meyer Ernst、Saito Shohei、Osuka Atsuhiro
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 61 号: 3 ページ: 2021146-2021146

    • DOI

      10.1002/anie.202114697

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Near Fermi Superatom State Stabilized by Surface State Resonances in a Multiporous Molecular Network2021

    • 著者名/発表者名
      Kawai Shigeki、Kher-Elden Mohammad A.、Sadeghi Ali、Abd El-Fattah Zakaria M.、Sun Kewei、Izumi Saika、Minakata Satoshi、Takeda Youhei、Lobo-Checa Jorge
    • 雑誌名

      Nano Letters

      巻: 21 号: 15 ページ: 6456-6462

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.1c01200

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Head‐to‐Tail Oligomerization by Silylene‐Tethered Sonogashira Coupling on Ag(111)2021

    • 著者名/発表者名
      Sun Kewei、Sagisaka Keisuke、Peng Lifen、Watanabe Hikaru、Xu Feng、Pawlak R?my、Meyer Ernst、Okuda Yasuhiro、Orita Akihiro、Kawai Shigeki
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 60 号: 36 ページ: 19598-19603

    • DOI

      10.1002/anie.202102882

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Spin Polarization of Trioxotriangulene Neutral Radicals on a AuSix/Au(111) Surface2023

    • 著者名/発表者名
      Z. Yuan, T. Murata, K. Sun, Y. Morita, S. Kawai
    • 学会等名
      第70回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 探針による三次元分子の構造異性化2023

    • 著者名/発表者名
      川井 茂樹, Z. Yuan, L. Kurki, T. Nishiuchi, T. Kodama, K. Sun, O. Custance, T. Kubo, A. S. Foster
    • 学会等名
      第70回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] On-Surface Synthesis of Porphyrin-Complex Multi-Block Co-Oligomers by Defluorinative Coupling2022

    • 著者名/発表者名
      S. Kawai, A. Ishikawa, S. Ishida, T. Yamakado, Y. Ma, K. Sun, Y. Tateyama, R. Pawlak, E. Meyer, S. Saito, A. Osuka
    • 学会等名
      THE 22ND INTERNATIONAL VACUUM CONGRESS IVC-22
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spin Polarization of Trioxotriangulene Neutral Radicals on a AuSix/Au(111) Surface2022

    • 著者名/発表者名
      Z. Yuan, T. Murata, K. Sun, Y. Morita, S. Kawai
    • 学会等名
      THE 22ND INTERNATIONAL VACUUM CONGRESS (IVC-22)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Heterocyclic Ring-Opening of Nanographene on Au(111)2022

    • 著者名/発表者名
      K. Sun, K. Sugawara, A. Lyalin, Y. Ishigaki, K. Uosaki, T. Taketsugu, T. Suzuki, S. Kawai
    • 学会等名
      THE 22ND INTERNATIONAL VACUUM CONGRESS(IVC-22)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Silylene-Tethered Sonogashira Cross-Coupling on Ag(111)2022

    • 著者名/発表者名
      K. Sun, K. Sagisaka, L. Peng, H. Watanabe, F. Xu, R. Pawlak, E. Meyer, Y. Okuda, A. Orita, S. Kawai
    • 学会等名
      THE 22ND INTERNATIONAL VACUUM CONGRESS(IVC-22)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Silylene-Tethered Sonogashira Cross-Coupling on Ag(111)2021

    • 著者名/発表者名
      K. Sun, K. Sagisaka, L. Peng, H. Watanabe, F. Xu, R. Pawlak, E. Meyer, Y. Okuda, A. Orita, S. Kawai
    • 学会等名
      The 29th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] On-Surface Synthesis of Multi-Block Co-Oligomers by Defluorinative Coupling of CF3-Substituted Aromatic Systems2021

    • 著者名/発表者名
      S. Kawai, A. Ishikawa, S. Ishida, T. Yamakado, Y. Ma, K. Sun, Y. Tateyama, R. Pawlak, E. Meyer, S. Saito, A. Osuka
    • 学会等名
      The 29th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] Nanoprobe Group @ NIMS

    • URL

      https://www.nims.go.jp/group/Nanoprobe/index.html

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

URL: 

公開日: 2021-05-27   更新日: 2024-03-26  

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