| 研究課題/領域番号 |
22K04875
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分28030:ナノ材料科学関連
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| 研究機関 | 熊本大学 |
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研究代表者 |
畠山 一翔 熊本大学, 産業ナノマテリアル研究所, 助教 (30773965)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2023年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 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 / 構造制御 / ナノカーボン |
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| 研究開始時の研究の概要 |
酸化グラフェンを前駆体とすることで、機能性の活性点を高密度に導入したカーボンナノシートが触媒、センサー、電気デバイス分野で大きなポテンシャルを見せている。しかし、前駆体である酸化グラフェンは多種類の官能基、炭素空孔をランダムに含む複雑な構造を持ち、機能性の最適化、再現性の実現が大きな課題となっている。その中で我々は、エポキシ基のみを酸素官能基とし、構造規則性が高いエポキシカーボンナノシートを開発した。本研究の目的は、この世界初のエポキシカーボンナノシートを前駆体に用いることで、不可能とされている緻密な構造設計を実現し、これまでにないほど高機能なカーボンナノシート群を開発することにある。
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| 研究実績の概要 |
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。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
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。
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| 今後の研究の推進方策 |
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。
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