高次ナノ構造を持つ新規容器型物質カーボンナノポットの特異構造と複合協働的機能開発

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17K05008
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 横井 裕之 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 准教授 (50358305)
• 研究分担者: 戸田 敬 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 教授 (90264275)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: ナノカーボン合成 / 表面電位変調 / グラフェン端 / ヒドロキシル基 / 第一原理計算 / ガス吸着 / ナノ素子作成技術

研究実績の概要

カーボンナノポットの合成技術開発において、(1)合成基板温度の測定法改良と(2)触媒塗布法の改良、(3)新たな合成基板配置での合成実験を行って、合成温度の再現性と触媒塗布の均一性、合成環境の非平衡度の向上を図った。項目(1)では合成基板を水平に配置した合成実験で温度計測光路にアルミ蒸着ミラーを導入することにより、放射温度の計測領域を合成領域に合わせやすくした。項目(2)では酸化グラフェンをシリコン基板に均一に滴下塗布できるよう基板温度と滴下量を最適化した。従来は滴下領域の中でも酸化グラフェンの塗布密度が高まるエッジ部分にカーボンナノポットが密に生成していたので、酸化グラフェンの塗布密度を均一にすることによりカーボンナノポットの収量向上を期待したが、カーボンナノチューブは塗布領域全体で生成したもののカーボンナノポットは従来方式と同様にエッジ部分に生成した。エッジ領域での高い温度勾配がカーボンナノポットの生成に必須であると考えて、項目(3)で触媒塗布基板を水平かつ下方（液面側）に向ける配置を取った。触媒塗布面（800℃程度）と原料液面（80℃程度）が9mm程度に近接するため、ナノポットの生成には有利となると期待した。しかし、ナノポットは触媒塗布領域のエッジ部に生成する傾向が認められた。一方で、カーボンナノチューブは触媒塗布領域全体に密に生成し、主に外径がφ50 nm程度、内径がφ40 nm程度という口径の大きな薄肉カーボンナノチューブが生成することを見出した。
カーボンナノポットのガス検知機能開発ならびに電気伝導機構の解明においては、二端子素子では雰囲気応答性に再現性が見られなかった。そこで、平行電極列上にナノポットを転載する技術開発を行い、四端子素子の作製を可能とした。

研究成果

• [国際共同研究] Indian Institute of Technology, Kanpur(インド)
  • 国名: インド
  • 外国機関名: Indian Institute of Technology, Kanpur
• [雑誌論文] Atomically dispersed Ni/NixSy anchored on doped mesoporous networked carbon framework: Boosting the ORR performance in alkaline and acidic media (2020)
  • 著者名/発表者名: Alekha Tyagi, Kamal K. Kar, Hiroyuki Yokoi
  • 雑誌名: Journal of Colloid and Interface Science 巻: 571 ページ: 285-296
  • DOI: 10.1016/j.jcis.2020.03.043
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Tunable Chemical Coupling in Two-Dimensional van der Waals Electrostatic Heterostructures (2019)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Taniguchi, Shisheng Li, Leanddas Nurdiwijayanto, Yu Kobayashi, Tetsuki Saito, Yasumitsu Miyata, Seiji Obata, Koichiro Saiki, Hiroyuki Yokoi, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Kazuhito Tsukagoshi, Yasuo Ebina, Takayoshi Sasaki, Minoru Osada
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 13 ページ: 11214-11223
  • DOI: 10.1021/acsnano.9b04256
  • 査読あり
• [学会発表] モルタルの機械的特性に及ぼす酸化グラフェン添加効果 (2019)
  • 著者名/発表者名: 吉田 凌, 緒方悠人, 司 韵, 山口 信, 横井裕之
  • 学会等名: 第12回酸化グラフェン研究会
• [学会発表] トポロジカルな状態をもつ水素修飾グラフェンの第一原理計算II (2019)
  • 著者名/発表者名: 横井裕之
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] 酸化グラフェンへの銅担持法開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 司 韵，緒方悠人，横井裕之
  • 学会等名: 2019年度応用物理学会九州支部学術講演会
• [学会発表] カーボンナノポットの合成法開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 緒方悠人, 司 韵, 横井裕之
  • 学会等名: 2019年度応用物理学会九州支部学術講演会
• [学会発表] 光還元法による酸化グラフェンへの銅系微粒子その場担持 (2019)
  • 著者名/発表者名: 司 韵, 緒方悠人, 横井裕之
  • 学会等名: グラフェン・酸化グラフェン合同シンポジウム
• [備考] 熊本大学ナノカーボン材料学研究室／研究紹介
  • URL: http://www.msre.kumamoto-u.ac.jp/~yokoi-gr/information.html