• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2016 年度 実施状況報告書

磁気的評価を用いたグラフェンおよびグラフェン誘導体の触媒活性の解明

研究課題

研究課題/領域番号 16K05758
研究機関法政大学

研究代表者

高井 和之  法政大学, 生命科学部, 教授 (80334514)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードグラフェン / 官能基 / 副格子 / 局在磁性状態
研究実績の概要

今年度はグラフェンそのものの反応性の評価のために必要な液相剥離法によるグラフェンの大量合成を原料グラファイトの粒径を変えながら行い,収率をあげる最適条件を見出した.
また,グラフェンに反応活性部位として酸素含有官能基を導入した誘導体である酸化グラフェンの合成と化学構造の評価および磁性の調査を行った.酸化グラフェンの合成は過マンガン酸カリウムを用いるHummers法により得た酸化グラフェンHummersGOと塩素酸カリウムを用いたBrodie法により得たBrodeiGOの2種類について行った.合成したHummersGOとBrodieGOの化学構造をXPS,FTIR,Raman分光,XRDで評価したところHummersGOでは水酸基が主に導入されるのに対し,BrodieGOではエポキシ基が主に導入されることがわかった.これらの差異は固相における酸化グラフェンの積層周期の違いとしても現れており,複合的な観点から確かなものであることがわかった.
また,HummersGOとBrodieGOの可視紫外吸収の測定を行ったところ,非結合状態とπ状態との間の遷移に対応する波長域のスペクトル構造に明瞭な際が見られることがわかった.
さらに,静磁化率の測定を行ったところHummersGOはBrodieGOの10倍もの局在スピン濃度を有することを見出した.これはBrodieGOでは主にエポキシ基が隣接炭素原子を架橋する形で導入され,グラフェンの蜂の巣格子における副格子の対称性を保つのに対し,HummersGOでは水酸基がランダムに導入され,副格子の対称性が破られることにより,磁性を持つ局在状態が生じるためであると理解される.
以上,グラフェンの副格子の対称性を化学修飾による官能基導入により変調することにより,グラフェンに対して選択的に局在磁性状態を付与することに成功した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

グラフェン誘導体の反応性を評価するための物質合成,構造評価の段階で,合成法の選択によりこれまで困難とされていた酸化グラフェンの化学構造の制御が可能であることを見出し,化学構造の違いが酸化グラフェンの磁性の違いとして現れることをグラフェンの蜂の巣格子が持つトポロジーの観点で理解できたため.

今後の研究の推進方策

液相剥離法によるグラフェンの大量合成をさまざまな有機溶媒,無機溶媒,イオン液体を用いて行い,合成後の構造,物性評価や適用する反応に応じて適切な合成法を確立する.また酸化グラフェンの触媒反応性の評価を芳香族アミンの酸化カップリングや水中反応に適用して行う.

次年度使用額が生じた理由

実験計画との兼ね合いで支出を予定していた電子ビームリソグラフィー装置の修理調整を延期したため.

次年度使用額の使用計画

不調である電子ビームリソグラフィー装置の修理調整を行う.

  • 研究成果

    (29件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 3件、 査読あり 4件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (22件) (うち国際学会 9件、 招待講演 3件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] ITMO大学/ロシア科学アカデミー/サンクトペテルブルグ州立工科大(ロシア連邦)

    • 国名
      ロシア連邦
    • 外国機関名
      ITMO大学/ロシア科学アカデミー/サンクトペテルブルグ州立工科大
    • 他の機関数
      1
  • [国際共同研究] Lappeenranta工科大(フィンランド)

    • 国名
      フィンランド
    • 外国機関名
      Lappeenranta工科大
  • [雑誌論文] Functional group dependence of spin magnetism in graphene oxide2017

    • 著者名/発表者名
      K. Tajima, T. Isaka, T. Yamashina, Y. Ohta, Y. Matsuo and K. Takai
    • 雑誌名

      Polyhedron

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      http://doi.org/10.1016/j.poly.2017.03.031

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Boron-doped diamond synthesized at high-pressure and high-temperature with metal catalyst2017

    • 著者名/発表者名
      F. Shakhov, A. Abyzov, S. Kidalov, A. Krasilin, E. Lahderanta, V. Lebedev, D. Shamshur, and K. Takai
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. Solids

      巻: 103 ページ: 224-237

    • DOI

      10.1016/j.jpcs.2016.11.020

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Charge transfer and weak bonding between molecular oxygen and graphene zigzag edges at low temperatures2016

    • 著者名/発表者名
      D. Boukhvalov, V. Osipov, A. Shames, T. Hayashi, K. Takai, T. Enoki
    • 雑誌名

      Carbon

      巻: 107 ページ: 800-810

    • DOI

      10.1016/j.carbon.2016.06.020

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Size-dependent Raman and SiV-center luminescence in polycrystalline nanodiamonds produced by shock wave synthesis2016

    • 著者名/発表者名
      K. Bogdanov, V. Osipov, M. Zhukovskaya, C. Jentgens, F. Treussart, T. Hayashi, K. Takai, A. Fedorov, A. Baranov
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 6 ページ: 51783-51790

    • DOI

      10.1039/C6RA09317E

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Functional group dependence of Spin magnetism of Graphene Oxide2017

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Tajima, Takuya Isaka, Tomoki Yamashina, Yoshiaki Matsuo, Kazuyuki Takai
    • 学会等名
      The 52nd Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium
    • 発表場所
      Universtiy of Tokyo(Bunkyo, Tokyo)
    • 年月日
      2017-03-01 – 2017-03-03
  • [学会発表] Influences of Graphene Structure on Electrochemical Interactions in LiBF4 Organic Electrolyte Solution2017

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Suzuki, Kazuyuki Takai
    • 学会等名
      The 52nd Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium
    • 発表場所
      Universtiy of Tokyo(Bunkyo, Tokyo)
    • 年月日
      2017-03-01 – 2017-03-03
  • [学会発表] Factors for reactivity of GO regarding oxidative amine coupling reaction2017

    • 著者名/発表者名
      Takuya Isaka, Kentaro Tajima, Tomoki Yamashina, Kazuyuki Takai
    • 学会等名
      The 52nd Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium
    • 発表場所
      Universtiy of Tokyo(Bunkyo, Tokyo)
    • 年月日
      2017-03-01 – 2017-03-03
  • [学会発表] Magnetic interactions between Edge-state spins and Ferrocenium ion spins2017

    • 著者名/発表者名
      Akira Suzuki, Kazuyuki Takai
    • 学会等名
      The 52nd Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium
    • 発表場所
      Universtiy of Tokyo(Bunkyo, Tokyo)
    • 年月日
      2017-03-01 – 2017-03-03
  • [学会発表] Influence of Water Molecules on Molecular Adsorption induced Charge Transfer in Graphene2017

    • 著者名/発表者名
      Takashi Umehara, Kazuyuki Takai
    • 学会等名
      The 52nd Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium
    • 発表場所
      Universtiy of Tokyo(Bunkyo, Tokyo)
    • 年月日
      2017-03-01 – 2017-03-03
  • [学会発表] 酸化グラフェンの磁性と触媒活性との相関2016

    • 著者名/発表者名
      高井和之
    • 学会等名
      第7回酸化グラフェンシンポジウム
    • 発表場所
      姫路商工会議所(姫路市, 兵庫県)
    • 年月日
      2016-12-16
    • 招待講演
  • [学会発表] グラフェン/電解質溶液の界面における電気化学相互作用2016

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Suzuki, Kazuyuki Takai
    • 学会等名
      第43回 炭素材料学会年会
    • 発表場所
      千葉大学(千葉市, 千葉県)
    • 年月日
      2016-12-07 – 2016-12-09
  • [学会発表] 酸化グラフェンにおける磁性と構造の相関2016

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Tajima, Takuya Isaka, Tomoki Yamashina, Yoshiaki Matsuo, Kazuyuki Takai
    • 学会等名
      第43回 炭素材料学会年会
    • 発表場所
      千葉大学(千葉市, 千葉県)
    • 年月日
      2016-12-07 – 2016-12-09
  • [学会発表] グラフェンへの分子吸着における水分子共存効果2016

    • 著者名/発表者名
      高井和之,梅原太一,中本圭亮
    • 学会等名
      第43回 炭素材料学会年会
    • 発表場所
      千葉大学(千葉市, 千葉県)
    • 年月日
      2016-12-07 – 2016-12-09
  • [学会発表] Controlling of charge injection kinetics by Molecular proximity effect on Graphene2016

    • 著者名/発表者名
      Kazuyuki Takai, Akinori Izumiyama, Daisuke Suzuki, Taichi Umehara
    • 学会等名
      2016 MRS FALL MEETING&EXHIBIT
    • 発表場所
      Boston, USA
    • 年月日
      2016-11-27 – 2016-12-02
    • 国際学会
  • [学会発表] Electrochemical Interaction at the Interface between Graphene and Electrolyte2016

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Suzuki, Kazuyuki Takai
    • 学会等名
      2016 MRS FALL MEETING&EXHIBIT
    • 発表場所
      Boston, USA
    • 年月日
      2016-11-27 – 2016-12-02
    • 国際学会
  • [学会発表] Host-Guest interactions between nanographene host and magnetic guest molecule2016

    • 著者名/発表者名
      A. Suzuki, K. Takai
    • 学会等名
      2016 MRS FALL MEETING&EXHIBIT
    • 発表場所
      Boston, USA
    • 年月日
      2016-11-27 – 2016-12-02
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of Graphene Oxide Catalyst Regarding Organic Reaction in Aqueous Media2016

    • 著者名/発表者名
      Takuya Isaka, Kentaro Tajima, Tomoki Yamashina, Yutaka Ohta, Kazuyuki Takai
    • 学会等名
      2016 MRS FALL MEETING&EXHIBIT
    • 発表場所
      Boston, USA
    • 年月日
      2016-11-27 – 2016-12-02
    • 国際学会
  • [学会発表] Spectroscopic Investigation on Structure of Graphene Oxide2016

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Tajima, Takuya Isaka, Tomoki Yamashina, Yutaka Ohta, Yoshiaki Matsuo, Kazuyuki Takai
    • 学会等名
      2016 MRS FALL MEETING&EXHIBIT
    • 発表場所
      Boston, USA
    • 年月日
      2016-11-27 – 2016-12-02
    • 国際学会
  • [学会発表] 走査プローブ顕微鏡(SPM)測定の基礎とグラファイト・グラフェンへの応用2016

    • 著者名/発表者名
      高井和之
    • 学会等名
      炭素材料学会10月セミナー
    • 発表場所
      日本教育会館(千代田, 東京)
    • 年月日
      2016-10-14
    • 招待講演
  • [学会発表] Charge/Covalent Interactions at the Interface between Graphene and Electrolyte2016

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Suzuki, Kazuyuki Takai
    • 学会等名
      The 51th Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium
    • 発表場所
      Hokkaido Citizens Actives Center (Sapporo, Hokkaido)
    • 年月日
      2016-09-07 – 2016-09-09
  • [学会発表] Magnetic Characterization of NOx adsorption by Nanographene Host Material2016

    • 著者名/発表者名
      Satomi Nishijima, Asataro Yamada, Kazuyuki Takai
    • 学会等名
      The 51th Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium
    • 発表場所
      Hokkaido Citizens Actives Center (Sapporo, Hokkaido)
    • 年月日
      2016-09-07 – 2016-09-09
  • [学会発表] Evaluation of GO Catalyst regarding oxidative amine coupling reaction2016

    • 著者名/発表者名
      Takuya Isaka, Kentaro Tajima, Tomoki Yamashina, Yutaka Ohta, Kazuyuki Takai
    • 学会等名
      The 51th Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium
    • 発表場所
      Hokkaido Citizens Actives Center (Sapporo, Hokkaido)
    • 年月日
      2016-09-07 – 2016-09-09
  • [学会発表] NOx MAGNETISM IN ACTIVATED CARBON AS NANO-GRAPHNE HOST MATERIAL2016

    • 著者名/発表者名
      Satomi Nishijima, Asataro Yamada, Kazuyuki Takai
    • 学会等名
      The 15th Internatinal Conference on Molecule-Based Magnets
    • 発表場所
      Sendai International Center (Sendai, Miyagi)
    • 年月日
      2016-09-04 – 2016-09-08
    • 国際学会
  • [学会発表] Host-Guest interactions between nanographene host and magnetic guest molecule2016

    • 著者名/発表者名
      A. Suzuki, K. Takai
    • 学会等名
      The 15th Internatinal Conference on Molecule-Based Magnets
    • 発表場所
      Sendai International Center (Sendai, Miyagi)
    • 年月日
      2016-09-04 – 2016-09-08
    • 国際学会
  • [学会発表] MAGNETIC AND STRUCTURAL EVALUATION OF GRAPHENE OXIDE2016

    • 著者名/発表者名
      K. Tajima, T. Isaka, T. Yamashina, Y. Ohta, Y. Matsuo and K. Takai
    • 学会等名
      The 15th Internatinal Conference on Molecule-Based Magnets
    • 発表場所
      Sendai International Center (Sendai, Miyagi)
    • 年月日
      2016-09-04 – 2016-09-08
    • 国際学会
  • [学会発表] Host-Guest Interactions in Graphene2016

    • 著者名/発表者名
      Kazuyuki Takai
    • 学会等名
      3rd International Graphene Forum
    • 発表場所
      Shenzhen, China
    • 年月日
      2016-04-14 – 2016-04-16
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 高井研究室

    • URL

      http://takailab.ws.hosei.ac.jp/

URL: 

公開日: 2018-01-16   更新日: 2022-02-16  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi