| 研究課題/領域番号 |
25400332
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 公益財団法人豊田理化学研究所 |
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研究代表者 |
中村 新男 公益財団法人豊田理化学研究所, その他部局等, フェロー (50159068)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | カーボンナノチューブ / 金属ナノ粒子 / 光学応答 / 励起エネルギー移動 / 電荷移動 / 光起電力効果 |
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| 研究概要 |
１）金ナノ構造/カーボンナノチューブ複合系の作製と評価
ナノチューブと金ナノ構造の複合化によって光電場の増強効果を発現させるためには、それらの距離を1nm以下にすること必要である。そこでジアゾニウム塩反応とアミン反応を用いて、ベンゼン環にSHが結合しているチオール分子をナノチューブに修飾させた試料を作製した（京都大学との共同研究）。X線光電子分光分析からS－C結合の存在が確認された。しかし、その結合を示す信号の一部がナノチューブを構成する炭素原子ではなく、残留炭素原子に由来する可能性が残っている。またラマン分光分析を行った結果、ナノチューブのブリージングモードに由来するスペクトルの変化および欠陥に敏感なモードの信号比変化が観測されたことから、チオール基で修飾されたナノチューブが合成されていることが強く示唆された。チオール基修飾ナノチューブと金ナノ粒子、金ナノシェル/シリカコア構造を複合化するための条件を検討し、複合系材料合成の実験を継続して行っている。
２）クアテリレン分子内包ナノチューブの作製と励起エネルギー移動
ペリレンを出発原料とし、カーボンナノチューブを反応容器として利用することによって、２個のペリレン分子が融合したクアテリレン分子の単量体と二量体を合成することができた。ナノチューブを一次元的なテンプレートとすることによってその直径に対応した一元的な分子およびその二量体や重合体を合成できることがわかった。内包クアテリレンの光励起に伴って、その励起エネルギーはサブピコ秒からピコ秒の時間で半導体ナノチューブに移動することが、フェムト秒領域の吸収分光とルミネセンス分光測定から明らかになった。このエネルギー移動の機構は、許容遷移の励起状態が関与する場合は双極子相互作用、禁制遷移の励起状態が関与する場合は電子交換または多重極相互作用によることがわかった。
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| 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
・金ナノ粒子との結合を作るために必要なSHを有するカーボンナノチューブの合成に成功している。しかし、金ナノ構造とナノチューブを複合化する実験を試みているが、吸収スペクトルの測定からは接触・結合している証拠は得られていない。10~100nmのサイズをもつ金ナノ構造を直径が約1nm、長さが数100nmのナノチューブに接触・結合させるためには、最適な条件があることが示唆されるので、この条件の検討を行っている。
・ナノチューブの直径よりも横サイズが小さい一次元的な分子は、ナノチューブ内部に閉じ込めることができ、ナノチューブを反応容器として利用することによって重合体・高分子を比較的簡単に合成することができることがわかった。より重合度の高い高分子をナノチューブに内包させる指針が得られた。
・高分子/ナノチューブ複合系のエネルギー移動と電荷移動を判別し、その機構を解明するためには、発光の励起スペクトルと同時に光励起キャリヤの検出する光伝導度スペクトルを測定することが必要である。光源のスペクトルと光伝導度信号を同時に測定することによって励起スペクトルの高感度測定を可能にする装置を組み上げた。
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| 今後の研究の推進方策 |
・金ナノ構造とナノチューブを複合させるための条件探索と試行を継続的に行う。特に、分散溶液の種類と濃度を検討し、最適条件を求めたい。
・分子内包ナノチューブ複合系では、分子とナノチューブとの相互作用が大きいので、高効率のエネルギー移動や電荷移動を起こさせることが可能である。ナノチューブ内で高分子重合反応を起こさせることによって、一次元的な高分子とナノチューブのハイブリッド構造の合成を目指す。
・P3HT、PFOなどの高分子とナノチューブの複合系における光起電力効果と励起エネルギー移動に関する研究は、計画どおりに進める。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
当初計画で購入予定であったファイバ光源を既設のキセノンランプ光源で代用できたために、その経費分が未使用となった。また、今年度に購入が必要であると考えていた高純度のカーボンナノチューブ材料を購入する必要がなかった。これまでの研究のために保有していたナノチューブ材料を使うことによって本計画を予定どおりに進めることができた。
光伝導度測定のための光学素子、制御装置などの部品や物品の購入に使用して、次年度の研究を展開する。さらに、高分子材料などの研究試薬の購入に充てる予定である。
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