完全制御カーボンナノチューブの物性と応用

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25220602
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 片浦 弘道 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 首席研究員 (30194757)
• 研究分担者: 田中 丈士 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 上級主任研究員 (30415707) ; 平野 篤 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (90613547)
• 研究期間 (年度): 2013-05-31 – 2018-03-31
• キーワード: カーボンナノチューブ / 分離技術 / 半導体 / スペクトロスコピー

研究実績の概要

昨年度、円二色性（CD）スペクトルから単層カーボンナノチューブ（SWCNT）のエナンチオマー（右巻き・左巻き）の純度を精密に評価することに世界で初めて成功したが、今年度はその成果をJACSに論文発表し、高い評価を受けた。今年度はSWCNTの発光効率の精密解析を行った。SWCNTでは、基礎吸収バンドの光吸収の波長と発光の波長がほとんど同じであることから、発光でSWCNTから放出された光子が再びSWCNTに吸収されてしまう、再吸収と呼ばれる現象が支配的となる。これまで、この再吸収の効果はあまり考慮されずに、発光スペクトルや発光効率が議論されていたが、今回単一構造SWCNTを用いることで、再吸収効果を厳密に議論することが可能になった。その結果、これまで報告されたSWCNTの高濃度域で生じる発光スペクトルの変化は、再吸収の効果ですべて説明可能で、SWCNT間の相互作用の効果はほとんどない事が初めて明らかとなった。この再吸収の効果を補正して、発光効率を正確に見積もったところ、SWCNTの構造に依存したファミリーパターンが得られ、それはE22励起状態からE11励起状態への光学フォノンによる緩和が支配的であるという理論計算の結果と良く一致することが分かった。一方、SWCNTの分離プロセスにはハイドロゲルが重要な役割を担っているが、これまで市販のゲルを使用しており、最適化ができていなかった。そこで今年度は、ポリマーの網目構造の異なるゲルを数種類作製し、SWCNTの分離能とゲル構造の相関を詳しく調べた。また、ゲルに吸着したSWCNT残渣を洗浄除去するため、ゲルの網目構造を自在に制御できる新たなゲル構造を発案し、実際に試作を行った。昨年度開発した、SWCNTの吸着能力が市販ゲルの１５倍の高性能ゲルの開発とも合わせ、SWCNT分離用ゲルの最適化を行った。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Los Alamos National Laboratory/Rice university(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Los Alamos National Laboratory/Rice university
• [雑誌論文] High-yield and high-throughput single-chirality enantiomer separation of single-wall carbon nanotubes (2018)
  • 著者名/発表者名: Wei Xiaojun、Tanaka Takeshi、Hirakawa Takuya、Tsuzuki Mayumi、Wang Guowei、Yomogida Yohei、Hirano Atsushi、Kataura Hiromichi
  • 雑誌名: Carbon 巻: 132 ページ: 1～7
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2018.02.039
  • 査読あり
• [雑誌論文] Facile synthesis of guar gum gel for the separation of metallic and semiconducting single-wall carbon nanotubes (2018)
  • 著者名/発表者名: Wang Guowei、Wei Xiaojun、Tanaka Takeshi、Kataura Hiromichi
  • 雑誌名: Carbon 巻: 129 ページ: 745～749
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2017.12.064
  • 査読あり
• [雑誌論文] Metallic versus Semiconducting SWCNT Chemiresistors: A Case for Separated SWCNTs Wrapped by a Metallosupramolecular Polymer (2017)
  • 著者名/発表者名: Ishihara Shinsuke、O’Kelly Curtis J.、Tanaka Takeshi、Kataura Hiromichi、Labuta Jan、Shingaya Yoshitaka、Nakayama Tomonobu、Ohsawa Takeo、Nakanishi Takashi、Swager Timothy M.
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 9 ページ: 38062～38067
  • DOI: 10.1021/acsami.7b12992
  • 査読あり
• [雑誌論文] Determination of Enantiomeric Purity of Single-Wall Carbon Nanotubes Using Flavin Mononucleotide (2017)
  • 著者名/発表者名: Wei Xiaojun、Tanaka Takeshi、Hirakawa Takuya、Yomogida Yohei、Kataura Hiromichi
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 139 ページ: 16068～16071
  • DOI: 10.1021/jacs.7b09142
  • 査読あり
• [雑誌論文] Amperometric Detection of Sub-ppm Formaldehyde Using Single-Walled Carbon Nanotubes and Hydroxylamines: A Referenced Chemiresistive System (2017)
  • 著者名/発表者名: Ishihara Shinsuke、Labuta Jan、Nakanishi Takashi、Tanaka Takeshi、Kataura Hiromichi
  • 雑誌名: ACS Sensors 巻: 2 ページ: 1405～1409
  • DOI: 10.1021/acssensors.7b00591
  • 査読あり
• [雑誌論文] Carbon Nanotubes Facilitate Oxidation of Cysteine Residues of Proteins (2017)
  • 著者名/発表者名: Hirano Atsushi、Kameda Tomoshi、Wada Momoyo、Tanaka Takeshi、Kataura Hiromichi
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry Letters 巻: 8 ページ: 5216～5221
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.7b02157
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-Efficiency Separation of (6,5) Carbon Nanotubes by Stepwise Elution Gel Chromatography (2017)
  • 著者名/発表者名: Wei Xiaojun、Tanaka Takeshi、Hirakawa Takuya、Wang Guowei、Kataura Hiromichi
  • 雑誌名: physica status solidi (b) 巻: 254 ページ: 1700279～1700279
  • DOI: 10.1002/pssb.201700279
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diameter-Selective Separation of Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotubes in Large Diameter Range (2017)
  • 著者名/発表者名: Wang Guowei、Wei Xiaojun、Tanaka Takeshi、Kataura Hiromichi
  • 雑誌名: physica status solidi (b) 巻: 254 ページ: 1700294～1700294
  • DOI: 10.1002/pssb.201700294
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tunable room-temperature single-photon emission at telecom wavelengths from sp3 defects in carbon nanotubes (2017)
  • 著者名/発表者名: He Xiaowei、Hartmann Nicolai F.、Ma Xuedan、Kim Younghee、Ihly Rachelle、Blackburn Jeffrey L.、Gao Weilu、Kono Junichiro、Yomogida Yohei、Hirano Atsushi、Tanaka Takeshi、Kataura Hiromichi、Htoon Han、Doorn Stephen K.
  • 雑誌名: Nature Photonics 巻: 11 ページ: 577～582
  • DOI: 10.1038/nphoton.2017.119
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Effect of pore size of gel on the structure sorting of single-wall carbon nanotubes (2018)
  • 著者名/発表者名: 王 国偉、魏 小均、平野 篤、田中 丈士、片浦 弘道
  • 学会等名: International Winterschool on Electronic Properties of Novel Materials (IWEPNM 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Ferric ions affect surfactant assembly structures on carbon nanotubes (2018)
  • 著者名/発表者名: 平野 篤、亀田 倫史、田中 丈士、片浦 弘道
  • 学会等名: 第54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] Development of Interpenetrating Polymer Network Gel for the Separation of Single-Wall Carbon Nanotubes (2018)
  • 著者名/発表者名: 王 国偉、平野 篤、田中 丈士、片浦 弘道
  • 学会等名: 第54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] Interpenetrating Polymer Network Gel for the Structure Sorting of Single-Wall Carbon Nanotubes (2018)
  • 著者名/発表者名: 王 国偉、田中 丈士、平野 篤、片浦 弘道
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Single-Chirality Separation of Single-Wall Carbon Nanotubes: Recent Progress (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiromichi Kataura
  • 学会等名: The 8th A3 Symposium on Emerging Materials: Nanomaterials for Enagey and Electronics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Photoluminescence Quantum yield of Single-Chirality Single-Wall Carbon Nanotubes Corrected by Photon Reabsorption Effect (2017)
  • 著者名/発表者名: 魏 小均、都築 真由美、蓬田 陽平、王 国偉、平野 篤、田中 丈士、片浦 弘道
  • 学会等名: The 8th A3 Symposium on Emerging Materials:Nanomaterials for Enagey and Electronics
  • 国際学会
• [学会発表] Synthesis of high-efficiency hydrogels for the separation of SWCNTs (2017)
  • 著者名/発表者名: 王 国偉、魏 小均、平野 篤、田中 丈士、片浦 弘道
  • 学会等名: The 8th A3 Symposium on Emerging Materials:Nanomaterials for Enagey and Electronics
  • 国際学会
• [学会発表] Development of high performance gels for metal/ semiconductor separation of SWCNTs (2017)
  • 著者名/発表者名: 王 国偉、魏 小均、平野 篤、田中 丈士
  • 学会等名: ATI 蔵王１７研究会
• [学会発表] Photon Reabsorption Effect in Optical Measurements of Single-Wall Carbon Nanotubes (2017)
  • 著者名/発表者名: 魏 小均、王 国偉、平野 篤、田中 丈士、片浦 弘道
  • 学会等名: ATI 蔵王１７研究会
• [学会発表] 単層カーボンナノチューブの蛍光及び共鳴ラマン測定における光子再吸収効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 魏 小均、都築 真由美、蓬田 陽平、王 国偉、平野 篤、田中 丈士、片浦 弘道
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Concentration Dependence of Resonance Raman Spectrum of Single-Chirality Single-Wall Carbon Nanotubes (2017)
  • 著者名/発表者名: 魏 小均、都築 真由美、蓬田 陽平、王 国偉、平野 篤、田中 丈士、片浦 弘道
  • 学会等名: 第53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] Concentration Dependence of Dextran Gels on Separation Performance of Single-Wall Carbon Nanotubes (2017)
  • 著者名/発表者名: 王 国偉、魏 小均、平野 篤、田中 丈士、片浦 弘道
  • 学会等名: 第53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
• [備考] 科研費 基盤S
  • URL: https://staff.aist.go.jp/h-kataura/Kiban-S-2013.html