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2019 年度 実績報告書

1次元凹凸周期曲面構造C60ポリマー薄膜の新奇物理的・化学的機能の開拓

研究課題

研究課題/領域番号 18H01826
研究機関名古屋大学

研究代表者

尾上 順  名古屋大学, 工学研究科, 教授 (50241245)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード1次元金属フラーレンポリマー / 熱電変換機能 / ナノ空間特殊反応場
研究実績の概要

(1) 熱電変換機能の開拓
超高真空(UHV)下でマイクロプローバを用いてゼーベック係数を測定し, 四探針測定で得られている電気伝導率からパワーファクターを算出したが、KxC60薄膜と同様に、ゼーベック係数と電気伝導率とがトレードオフの関係であることがわかった。薄膜のグレインサイズ(数ミクロン)に対して上記2つの物性値を測定する際の電極パッド間の距離が0.1 mmのため、粒界が支配的になっていることが原因と考えられる。そのため、現在、電極間距離を縮小して再度測定を行う予定である。
(2) 特異反応場機能の開拓
CO2の固定化および有価物質への変換として、水素(H2)とCO2との反応によるギ酸(HCOOH)の生成について検討した。ギ酸は水素キャリアとして注目されている物質である。UHVチャンバーにH2とCO2を1D凹凸C60ポリマー薄膜に導入し、in situで赤外分光測定を行い、理論スペクトルとを比較した結果、室温ではフリーのギ酸に対応するピークは観測されなかったが、新たなピークが現れた。ギ酸がC60ポリマーに吸着している可能性もあり、現在、可能性のあるモデル構造から理論IRスペクトルを計算中である。
また、得られた成果については、今年度、国際雑誌Carbon 152, 241 (2019)、Carbon 152, 882 (2019)、Nanotechnology 31, 115701 (2020)に掲載され、現在1報投稿中である。

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

上記検討課題は想定内の課題であるため、その解決策も分かっているため、概ねクリアできると考えられる。

今後の研究の推進方策

(1) 熱電変換機能の開拓
前年度は、C60薄膜に電子線照射により1D凹凸C60ポリマー薄膜を形成し, ゼーベック係数と電気伝導率をin situ測定したが、グレインサイズより大きな電極間で測定認め、粒界の影響により、薄膜の真の物性値が測定できなかった。今年度は、電極間距離をグレインサイズ程度まで小さくすることで、薄膜由来の真のゼーベック係数と電気伝導率を測定し、1993年に理論予測されている巨大ZTを発現するか検証する。
2 特異反応場機能の開拓
今年度は、前年度In situ超高真空FT-IR装置に取り付けた反応性ガス導入機構および質量分析計測器を用いて、 固定化 したCO2を有用物質(R-OH, R-COOHなど)に変換するために, H2ガスを導入し、室温でギ酸が生成するかを検討した。新たなIRピークが観測されたが、フリーのギ酸そのもののIRピークとは異なることから、ギ酸とC60ポリマーとの相互作用したモデル構造を用いた理論スペクトルを算出し、生成物の同定を行う。また、新たに反応性ガス(たとえば、メタンやエタン)を導入し, 炭酸イオンから有用物質への変換を試みる。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] N-doped peanut-shaped carbon nanotubes for efficient CO2 electrocatalytic reduction2019

    • 著者名/発表者名
      Zhou Wenyang、Shen Haoming、Wang Qian、Onoe Jun、Kawazoe Yoshiyuki、Jena Puru
    • 雑誌名

      Carbon

      巻: 152 ページ: 241~246

    • DOI

      doi.org/10.1016/j.carbon.2019.05.078

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Control of electric, optical, thermal properties of C60 films by electron-beam irradiation2019

    • 著者名/発表者名
      Nakaya Masato、Watanabe Shinta、Onoe Jun
    • 雑誌名

      Carbon

      巻: 152 ページ: 882~887

    • DOI

      doi.org/10.1016/j.carbon.2019.06.089

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Low thermal conductivity of peanut-shaped carbon nanotube and its insensitive response to uniaxial strain2019

    • 著者名/発表者名
      Sun Jie、Yuan Kunpeng、Zhou Wenyang、Zhang Xiaoliang、Onoe Jun、Kawazoe Y、Wang Qian
    • 雑誌名

      Nanotechnology

      巻: 31 ページ: 115701~115701

    • DOI

      doi.org/10.1088/1361-6528/ab5b2c

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Specific reaction field in the sub-nm space of one-dimensional uneven structured C60 polymer film for CO2 activation and immobilization2020

    • 著者名/発表者名
      J. Onoe
    • 学会等名
      Mini-symposium in Advanced Nanomaterials
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 2次元ネットワーク1次元凹凸C60ポリマー薄膜ナノ空間内が示す特異反応場2019

    • 著者名/発表者名
      尾上 順
    • 学会等名
      第4回「ポストグラフェン材料のデバイス開発研究会」
    • 招待講演
  • [学会発表] 1次元金属凹凸C60ポリマー薄膜が示す特異なナノ空間反応場2019

    • 著者名/発表者名
      尾上 順
    • 学会等名
      第1回ミニシンポジウム「生命科学と物質科学の融合による新規エネルギー・物質変換技術の創造をめざして」
    • 招待講演
  • [学会発表] Specific reaction field in the sub-nm space of one-dimensional uneven structured C60 polymer film for CO2 activation and immobilization2019

    • 著者名/発表者名
      J Onoe, M Nakaya, S Watanabe, and Y Kitagawa
    • 学会等名
      12th International Conference Processes in Isotopes and Molecules
    • 国際学会
  • [学会発表] マイクロギャップ電極を用いたC60薄膜の熱電物性評価2019

    • 著者名/発表者名
      中谷真人, 柴田大地, 河合拓哉, 渡邊真太, 尾上 順
    • 学会等名
      ナノ学会第17回大会

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公開日: 2021-01-27  

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