2.5次元遷移金属ダイカルコゲナイドナノチューブの創製とその大表面積応用

2023 年度 実績報告書

• 研究領域: ２．５次元物質科学：社会変革に向けた物質科学のパラダイムシフト
• 研究課題/領域番号: 22H05468
• 研究機関: 東京都立大学
• 研究代表者: 蓬田 陽平 東京都立大学, 理学研究科, 助教 (90647158)
• 研究期間 (年度): 2022-06-16 – 2024-03-31
• キーワード: ナノチューブ

研究実績の概要

本研究は、これまで開発してきた遷移金属ダイカルコゲナイドナノチューブ（TMDC-NT）の合成技術・積層技術を進化させることにより、円筒構造・積層構造が制御された2.5次元TMDC-NTを創製し、その触媒・デバイス応用や光物性開拓を展開することを目的とする。2023年度は、その目標達成に向けて、①円筒構造を制御したTMDC-NTの合成技術の開発、②異なるTMDC-NTを積層させたヘテロNTおよび異なるカルコゲンを有するヤヌスNTの創製、③TMDC-NTの触媒応答およびデバイス作製に取り組み、以下を実現した。

①円筒構造を制御したTMDC-NTの合成技術の開発：前年度開発した絶縁体基板上への小径INTの直接合成法の改良を行った。前駆体の成長温度を変化させて実験を行い、前駆体の形状が成長温度で大きく変わることを見いだした。またその過程で、前駆体が基板の結晶軸に対して配列することを見いだし、配列したINTの合成に成功した。
②異なるTMDC-NTを積層させたヘテロNTおよび異なるカルコゲンを有するヤヌスNTの創製：前年度実現したMoS2/WS2ヘテロNTにおいて、カルコゲン化温度の制御を行うことで、結晶性が高いヘテロNTの合成に成功した。結晶性を電子線回折により評価し、ヘテロNTのそれぞれの層が単一ドメインであることを明らかにした。さらに、前年度実現したWSSeヤヌスNTにおいて、STEM-EELSによる元素分析を行い、ヤヌス構造を示すことを実験的に実証した。ヤヌス化の条件を探索することにより、世界に先駆けてマイクロメートルスケールのヤヌスINTを実現した。
③TMDC-NTの触媒応答およびデバイス作製：②で得られたヤヌスNTを用いて電気化学セルを作製し、評価を行った。また並行して、バルク光起電力効果測定のためのナノチューブ一本のデバイス作製に対し、四端子電極を形成できる技術を開発した。

現在までの達成度 (段落)

令和5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

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Extreme Polarization Anisotropy in Resonant Third‐Harmonic Generation from Aligned Carbon Nanotube Films (2023)
  • 著者名/発表者名: Zhu Song、Li Wenkai、Yu Shengjie、Komatsu Natsumi、Baydin Andrey、Wang Fakun、Sun Fangyuan、Wang Chongwu、Chen Wenduo、Tan Chuan Seng、Liang Houkun、Yomogida Yohei、Yanagi Kazuhiro、Kono Junichiro、Wang Qi Jie
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 35 ページ: 2304082
  • DOI: 10.1002/adma.202304082
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Synthesis and optical properties of WS2 nanotubes with relatively small diameters (2023)
  • 著者名/発表者名: Rahman Md. Ashiqur、Yomogida Yohei、Ahad Abdul、Ueji Kan、Nagano Mai、Ihara Akane、Nishidome Hiroyuki、Omoto Mikito、Saito Shigeki、Miyata Yasumitsu、Gao Yanlin、Okada Susumu、Yanagi Kazuhiro
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 13 ページ: 16959
  • DOI: 10.1038/s41598-023-44072-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Semiconducting Transition Metal Dichalcogenide Heteronanotubes with Controlled Outer-Wall Structures (2023)
  • 著者名/発表者名: Yomogida Yohei、Nagano Mai、Liu Zheng、Ueji Kan、Rahman Md. Ashiqur、Ahad Abdul、Ihara Akane、Nishidome Hiroyuki、Yagi Takashi、Nakanishi Yusuke、Miyata Yasumitsu、Yanagi Kazuhiro
  • 雑誌名: Nano Letters 巻: 23 ページ: 10103～10109
  • DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c01761
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Unified Quantification of Quantum Defects in Small-Diameter Single-Walled Carbon Nanotubes by Raman Spectroscopy (2023)
  • 著者名/発表者名: Sebastian Finn L.、Becker Felicitas、Yomogida Yohei、Hosokawa Yuuya、Settele Simon、Lindenthal Sebastian、Yanagi Kazuhiro、Zaumseil Jana
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 17 ページ: 21771～21781
  • DOI: 10.1021/acsnano.3c07668
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structural Diversity of Single‐Walled Transition Metal Dichalcogenide Nanotubes Grown via Template Reaction (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakanishi Yusuke、Furusawa Shinpei、Sato Yuta、Tanaka Takumi、Yomogida Yohei、Yanagi Kazuhiro、Zhang Wenjin、Nakajo Hiroshi、Aoki Soma、Kato Toshiaki、Suenaga Kazu、Miyata Yasumitsu
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 35 ページ: 2306631
  • DOI: 10.1002/adma.202306631
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Engineering chirality at wafer scale with ordered carbon nanotube architectures (2023)
  • 著者名/発表者名: Doumani Jacques、Lou Minhan、Dewey Oliver、Hong Nina、Fan Jichao、Baydin Andrey、Zahn Keshav、Yomogida Yohei、Yanagi Kazuhiro、Pasquali Matteo、Saito Riichiro、Kono Junichiro、Gao Weilu
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 ページ: 7380
  • DOI: 10.1038/s41467-023-43199-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Influence of Laser Intensity and Location of the Fermi Level on Tunneling Processes for High-Harmonic Generation in Arrayed Semiconducting Carbon Nanotubes (2023)
  • 著者名/発表者名: Nishidome Hiroyuki、Omoto Mikito、Nagai Kohei、Uchida Kento、Murakami Yuta、Eda Junko、Okubo Hitomi、Ueji Kan、Yomogida Yohei、Kono Junichiro、Tanaka Koichiro、Yanagi Kazuhiro
  • 雑誌名: ACS Photonics 巻: 11 ページ: 171～179
  • DOI: 10.1021/acsphotonics.3c01244
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 構造と組成が制御されたナノチューブの創出と物性開拓 (2024)
  • 著者名/発表者名: 蓬田陽平
  • 学会等名: 第1回マテリアル・デバイス・データ融合サイエンスセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Synthesis of Arrayed Tungsten Oxides Nanowires and Their Conversion into Nanotubes (2024)
  • 著者名/発表者名: Abdul Ahad, Md. Ashiqur Rahman, Yohei Yomogida, Kan Ueji, Akane Ihara , Yasumitsu Miyata, Yasushi Hirose, Kazuhiro Yanagi
  • 学会等名: 第66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] 構造制御された遷移金属ダイカルコゲナイドナノチューブの合成と物性 (2023)
  • 著者名/発表者名: 蓬田陽平
  • 学会等名: 電気学会電子材料研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Circularly polarized near-infrared photo- and electroluminescence from enantiopure single-chirality single-wall carbon nanotubes (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Yomogida, F. L. Sebastian, Y. Hosokawa, N. F. Zorn, S. Wieland, K. Yanagi, J. Zaumseil
  • 学会等名: The 23rd international conference on the Science and Applications of Nanotubes and Low-Dimensional Materials (NT23)
  • 国際学会
• [学会発表] 単一構造単層カーボンナノチューブからの近赤外円偏光発光 (2023)
  • 著者名/発表者名: 蓬田陽平, F. L. Sebastian, 細川祐矢, N. F. Zorn, S. Wieland, 柳和宏, J. Zaumseil
  • 学会等名: 第84回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] .発表標題 小直径遷移金属ダイカルコゲナイドナノチューブの合成と光学特性 (2023)
  • 著者名/発表者名: 蓬田陽平, Md. A. Rahman, 伊原茜, 西留比呂幸, 大元幹人, 上治寛, Y. Gao, 岡田晋, 宮田耕充, 柳和宏
  • 学会等名: 第84回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Near-infrared circularly polarized photoluminescence and electroluminescence from enantiopure single-wall carbon nanotubes (2023)
  • 著者名/発表者名: 蓬田陽平, F. L. Sebastian, 細川祐矢, N. F. Zorn, S. Wieland, 柳和宏, J. Zaumseil
  • 学会等名: 第65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] Synthesis of Janus transition metal dichalcogenide nanotubes (2023)
  • 著者名/発表者名: Akane Ihara, Mai Nagano, Yohei Yomogida, Hiroshi Nakajo, Soma Aoki, Toshiaki Kato, Kazunari Matsuda, Keisuke Sinokita, Zheng Liu, Kan Ueji, Kazuhiro Yanagi
  • 学会等名: 第65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] Synthesis of Janus transition metal dichalcogenide nanotubes (2023)
  • 著者名/発表者名: Akane Ihara, Mai Nagano, Yohei Yomogida, Hiroshi Nakajo, Soma Aoki, Toshiaki Kato, Kazunari Matsuda, Keisuke Shinokita, Zheng Liu, Kan Ueji, Kazuhiro Yanagi
  • 学会等名: The 23rd international conference on the Science and Applications of Nanotubes and Low-Dimensional Materials (NT23)
• [図書] 遷移金属ダイカルコゲナイドの基礎と最新動向 (2023)
  • 著者名/発表者名: 蓬田陽平, 柳和宏
  • 総ページ数: 326
  • 出版者: シーエムシー出版