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2018 年度 実績報告書

修飾分子で設計するカーボンナノチューブの近赤外発光

研究課題

研究課題/領域番号 17K17934
研究機関九州大学

研究代表者

白木 智丈  九州大学, 工学研究院, 准教授 (10508089)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
キーワードカーボンナノチューブ / 近赤外発光 / 化学修飾 / 分子構造 / クラウンエーテル / イミン結合 / 動的波長変換
研究実績の概要

本研究では、高効率な近赤外発光を示すことが明らかになってきた局所化学修飾カーボンナノチューブ(lf-SWNT)において、化学修飾サイトの構造デザインという独自アプローチをもとに近赤外発光の波長設計や動的な波長変換機能を創出するための方法論の開拓を行った。
H30年度は、動的な波長変換機能を創出するための分子設計を検討した。アザクラウンエーテル構造をもつ修飾分子を使って合成したlf-SWNTは、銀イオンの濃度に応じて発光波長が変化する挙動を示した。さらに本材料は水溶液のpHによっても波長変化を誘導することが可能であった。特に、その応答性は銀イオンとpHで異なっており、刺激の違い(相互作用の違い)に応じた多様な発光波長変化を示し、従来材料では見出されていなかった特性が発現することを明らかにした。また、lf-SWNTの修飾サイト上にアルデヒド基を導入することによって、種々のアミン誘導体が結合(イミン結合形成)することを駆動力として、発光波長の長波長化や短波長化などの多様な変化を導くことに成功した。さらに、このイミン結合が動的共有結合である点を利用した結合の解離反応や交換反応に加え、さらなる化学反応(カバチニック・フィールズ反応)によって波長変化を誘導できた。lf-SWNTの波長変換はこれまで二波長のスイッチングのみに限られていたが、修飾サイトを化学反応の反応場とする本系の開拓によって、多段階に発光波長を変調できる新システムの構築に成功した。この他にも、溶媒の違いによるlf-SWNTの発光波長変化の特異性に関する知見を得ており、新たな物性の開拓が期待される。
以上の成果をもとに新規の近赤外発光性ナノ材料を創出することで、レアメタル不要な近赤外光源や高性能イメージング技術の開発など種々の応用分野への貢献が期待される。

  • 研究成果

    (31件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 11件、 招待講演 5件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] Linkoping University(スウェーデン)

    • 国名
      スウェーデン
    • 外国機関名
      Linkoping University
  • [国際共同研究] Silesian University of Technology(ポーランド)

    • 国名
      ポーランド
    • 外国機関名
      Silesian University of Technology
  • [国際共同研究] Los Alamos National Laboratory(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Los Alamos National Laboratory
  • [国際共同研究] University of Maryland(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      University of Maryland
  • [雑誌論文] Solvatochromism of near infrared photoluminescence from doped sites of locally functionalized single-walled carbon nanotubes2019

    • 著者名/発表者名
      Shiraki Tomohiro、Niidome Yoshiaki、Toshimitsu Fumiyuki、Shiraishi Tomonari、Shiga Tamehito、Yu Boda、Fujigaya Tsuyohiko
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 55 ページ: 3662~3665

    • DOI

      10.1039/C9CC00829B

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Single-step isolation of carbon nanotubes with narrow-band light emission characteristics2019

    • 著者名/発表者名
      Turek Edyta、Shiraki Tomohiro、Shiraishi Tomonari、Shiga Tamehito、Fujigaya Tsuyohiko、Janas Dawid
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 ページ: 535

    • DOI

      10.1038/s41598-018-37675-4

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Control of the Near Infrared Photoluminescence of Locally Functionalized Single-Walled Carbon Nanotubes via Doping by Azacrown-Ether Modification2018

    • 著者名/発表者名
      Onitsuka Hisashi、Fujigaya Tsuyohiko、Nakashima Naotoshi、Shiraki Tomohiro
    • 雑誌名

      Chemistry - A European Journal

      巻: 24 ページ: 9393~9398

    • DOI

      10.1002/chem.201800904

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multistep Wavelength Switching of Near‐Infrared Photoluminescence Driven by Chemical Reactions at Local Doped Sites of Single‐Walled Carbon Nanotubes2018

    • 著者名/発表者名
      Shiraki Tomohiro、Shiga Tamehito、Shiraishi Tomonari、Onitsuka Hisashi、Nakashima Naotoshi、Fujigaya Tsuyohiko
    • 雑誌名

      Chemistry - A European Journal

      巻: 24 ページ: 19162~19165

    • DOI

      10.1002/chem.201805342

    • 査読あり
  • [学会発表] Microenvironment Effects on Photoluminescent Doped Sites of Locally Functionalized Single-walled Carbon Nanotubes2019

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Shiraki,Yoshiaki Niidome, Fumiyuki Toshimitsu, Tsuyohiko Fujigaya
    • 学会等名
      235th ECS Meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Post-Chemical Modification of Doped Sites of Locally Functionalized Single-Walled Carbon Nanotubes for Multistep Photoluminescence Modulation2019

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Shiraki, Tamehito Shiga, Naotoshi Nakashima, Tsuyohiko Fujigaya
    • 学会等名
      235th ECS Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Molecularly-modulated Energy of Exciton Confined in the One Dimensional Nanostructures of Single-walled Carbon Nanotubes2019

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Shiraki
    • 学会等名
      2019 MRS Spring Meeting & Exhibit
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 単層カーボンナノチューブ上での化学反応を波長変調因子とした近赤外フォトルミネッセンス材料2019

    • 著者名/発表者名
      白木 智丈、志賀 為仁、中嶋 直敏、藤ヶ谷 剛彦
    • 学会等名
      日本化学会 第99春季年会 (2019)
  • [学会発表] Selective Wavelength Shifts of Near Infrared Photoluminescence Based on Molecular Recognition on Single-walled Carbon Nanotubes2018

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Shiraki, Hisashi Onitsuka, Tamehito Shiga, Tomonari Shiraishi, Naotoshi Nakashima, Tsuyohiko Fujigaya
    • 学会等名
      the 12th SPSJ International Polymer Conference (IPC2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Near infrared photoluminescent nanomaterials whose functions are tunable based on molecular interactions2018

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Shiraki
    • 学会等名
      MIRAI Workshop - Materials Science
    • 国際学会
  • [学会発表] Near infrared photoluminescent nanomaterials whose functions are tunable based on molecular interactions2018

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Shiraki
    • 学会等名
      第67回高分子討論会 日韓ジョイントシンポジウム
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 単層カーボンナノチューブ上でのイミン結合形成を利用した化学反応に基づく近赤外発光の多段階変調2018

    • 著者名/発表者名
      志賀為仁、白木智丈、藤ヶ谷剛彦
    • 学会等名
      第67回高分子討論会
  • [学会発表] 局所化学修飾サイトでの化学反応を利用した単層カーボンナノチューブの近赤外発光変調2018

    • 著者名/発表者名
      白木 智丈, 志賀 為仁, 中嶋 直敏, 藤ヶ谷 剛彦
    • 学会等名
      第55回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • [学会発表] メタ位連結ビスアリールジアゾニウム塩で修飾した単層カーボンナノチューブの発光特性2018

    • 著者名/発表者名
      余博達、白木智丈、藤ヶ谷剛彦
    • 学会等名
      第55回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • [学会発表] 溶媒環境の変化に応じた局所化学修飾単層カーボンナノチューブのフォトルミネッセンス特性2018

    • 著者名/発表者名
      新留嘉彬、白木智丈、藤ヶ谷剛彦
    • 学会等名
      第55回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • [学会発表] Molecular design for photoluminescence modulation of locally functionalized single-walled carbon nanotubes2018

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Shiraki
    • 学会等名
      7th Workshop on Nanotube Optics and Nanospectroscopy (WONTON 2018)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Evaluation of substituent effects on the potential levels of locally-functionalized single-walled carbon nanotubes using in situ photoluminescence spectroelectrochemistry2018

    • 著者名/発表者名
      Tomonari Shiraishi, Tsuyohiko Fujigaya, Naotoshi Nakashima, Tomohiro Shiraki
    • 学会等名
      7th Workshop on Nanotube Optics and Nanospectroscopy (WONTON 2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Post modification approach for photoluminescence modulation of locally functionalized single-walled carbon nanotubes2018

    • 著者名/発表者名
      Tamehito Shiga, Tsuyohiko Fujigaya, Naotoshi Nakashima, Tomohiro Shiraki
    • 学会等名
      7th Workshop on Nanotube Optics and Nanospectroscopy (WONTON 2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] 複数のジアゾニウム基をもつ修飾分子を利用したカーボンナノチューブの近赤外発光の長波長化2018

    • 著者名/発表者名
      白石 智也、中嶋 直敏、白木 智丈、藤ヶ谷 剛彦
    • 学会等名
      第55回化学関連支部合同九州大会
  • [学会発表] Self-assembled organic nanowires of diaminoanthraquinone and surface modification2018

    • 著者名/発表者名
      Kim Gayoung, Huang Jiaxing, Shiraki Tomohiro, Tsuyohiko Fujigaya
    • 学会等名
      第55回化学関連支部合同九州大会
  • [学会発表] 後修飾に基づく化学修飾サイトの分子デザインに応答した単層カーボンナノチューブの多段階フォトルミネッセンス変調2018

    • 著者名/発表者名
      志賀為仁、白木智丈、藤ヶ谷剛彦
    • 学会等名
      第55回化学関連支部合同九州大会
  • [学会発表] ビスアリールジアゾニウム塩の分子構造に基づくカーボンナノチューブの近赤外発光変調2018

    • 著者名/発表者名
      余博達、白木智丈、藤ヶ谷剛彦
    • 学会等名
      第55回化学関連支部合同九州大会
  • [学会発表] ミクロ環境の違いが誘起する局所化学修飾単層カーボンナノチューブの近赤外発光波長変化2018

    • 著者名/発表者名
      新留嘉彬、白木智丈、藤ヶ谷剛彦
    • 学会等名
      第55回化学関連支部合同九州大会
  • [学会発表] Substituted Aryl Structure Effects on Photoluminescence Properties of Locally Functionalized Single-Walled Carbon Nanotubes2018

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Shiraki, Shunsuke Uchimura, Tomonari Shiraishi, Fumiyuki Toshimitsu, Naotoshi Nakashima
    • 学会等名
      233rd ECS Meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Molecular Recognition at Local Doped Sites of Locally Functionalized Single-Walled Carbon Nanotubes for Selective Wavelength Shift of Near Infrared Photoluminescence2018

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Shiraki, Hisashi Onitsuka, Tamehito Shiga, Naotoshi Nakashima
    • 学会等名
      233rd ECS Meeting
    • 国際学会
  • [備考] 九州大学 研究者情報

    • URL

      http://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/search/details/K005418/index.html

  • [備考] 研究室ホームページ

    • URL

      http://www.chem.kyushu-u.ac.jp/~fifth/jp/

URL: 

公開日: 2019-12-27  

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