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2014 年度 実績報告書

単一分子組織化を目指す新規グラフェン分子細線の合成

公募研究

研究領域分子アーキテクトニクス:単一分子の組織化と新機能創成
研究課題/領域番号 26110513
研究機関京都大学

研究代表者

坂口 浩司  京都大学, エネルギー理工学研究所, 教授 (30211931)

研究期間 (年度) 2014-06-27 – 2016-03-31
キーワードナノ材料 / 分子細線
研究実績の概要

グラフェンナノリボンは、“有限幅を持つグラフェン”すなわち一次元量子構造であり、分子幅やエッジ構造に依存した優れた半導体的性質を持つことが理論的に予測され、デバイス応用が期待される新物質である。しかし分子幅や化学構造を規定し、且つデバイス化につながる大量合成法が未開拓であり、その確立が世界的に望まれている。そこで本提案では、分子設計した原料分子を、高い反応性を持つ気固界面(原料分子ー金属表面)で重合・脱水素縮環することにより、従来困難であった分子幅とエッジ構造を制御したグラフェンナノリボンの大量合成法(ラジカル重合型化学気相成長法)を世界に先駆けて開発し、単一分子素子やその組織化構造を創成し、電場・磁場スイッチング素子や確率共鳴素子等の新デバイス応用を目指す。
今年度は、分子幅の異なるアームチェアエッジ型グラフェンナノリボンを系統的に合成するため、原料分子として両末端にハロゲン原子を結合させたターフェニル誘導体を有機合成した。また、原料分子を低真空中で気化させ、高温に加熱した清浄化石英表面に接触させて原料分子のラジカルを発生させ、温度制御した単結晶金属基板上でのラジカル重合反応及び脱水素縮環反応によるグラフェンナノリボンの合成を試みた結果、湾型グラフェンナノリボンを合成できることを見出した。温度やキャリアガス流量を最適化した結果、非常に効率良くグラフェンナノリボンを表面合成できることが分かった。更に走査トンネル分光によるバンドギャップ測定や顕微ラマン分光による化学構造の同定を行った。

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

本研究の目的は、分子設計した原料分子を、高い反応性を持つ気固界面(原料分子ー金属表面)で重合・脱水素縮環することにより、従来困難であった分子幅とエッジ構造を制御したグラフェンナノリボンの大量合成法(ラジカル重合型化学気相成長法)を世界に先駆けて開発し、単一分子素子やその組織化構造を創成し、電場・磁場スイッチング素子や確率共鳴素子等の新デバイス応用を達成することである。今年度は、分子設計した両末端にハロゲン原子を結合させた原料分子を有機合成し、化学気相成長法により新種の湾型グラフェンナノリボンが金単結晶上に合成できることを明らかにした。以上から、順調に研究が達成できているものと判断される。

今後の研究の推進方策

今後は、今年度表面合成したグラフェンナノリボンの詳細な物性評価を行う。電界効果トランジスタの試作を行い、キャリア移動度を明らかにする。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (11件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Width-Controlled Sub-nanometer Graphene Nanoribbon Films Synthesized by Radical-Polymerized Chemical Vapor Deposition2014

    • 著者名/発表者名
      H. Sakaguchi, Y. Kawagoe, Y. Hirano, T. Iruka, M. Yano, T. Nakae
    • 雑誌名

      Advanced Materials

      巻: 26(24) ページ: 4134-4138

    • DOI

      10.1002/adma.201305034

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of gold nanoparticle in hole-transport layer on inverted organic thin-film solar cell performance2014

    • 著者名/発表者名
      T. Akiyama, T. Nishida, T. Matsumoto, H. Sakaguchi, A. Suzuki, T. Oku
    • 雑誌名

      Physica Status Solidi A

      巻: 211(7) ページ: 1645-1650

    • DOI

      10.1002/pssa.201330674

    • 査読あり
  • [雑誌論文] C60-ethylenediamine adduct thin film as a buffer layer for inverted-type organic solar cells2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Ono, T. Akiyama, S. Banya, D. Izumoto, J. Saito, K. Fujita, H. Sakaguchi, A. Suzuki, T. Oku
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 4(66) ページ: 34950-34954

    • DOI

      10.1039/c4ra03965c

    • 査読あり
  • [学会発表] Structure-controlled surface synthesis of molecular-width graphene nanoribbons by radical polymerization-chemical vapor deposition2015

    • 著者名/発表者名
      宋小堂, 藤田翔一郎, 中江隆博, 坂口浩司
    • 学会等名
      日本化学会第95春季年会
    • 発表場所
      日本大学理工学部船橋キャンパス(千葉県船橋市)
    • 年月日
      2015-03-29
  • [学会発表] 2ゾーンCVD法による新規極細グラフェンナノリボンの構造制御合成2015

    • 著者名/発表者名
      中江隆博, 射鹿拓, 藤田翔一郎, 宋小堂, 坂口浩司
    • 学会等名
      日本化学会第95春季年会
    • 発表場所
      日本大学理工学部船橋キャンパス(千葉県船橋市)
    • 年月日
      2015-03-26
  • [学会発表] ボトムアップ表面合成したアームチェア型グラフェンナノリボンの薄膜物性2015

    • 著者名/発表者名
      小島崇寛, 中江隆博, 矢野真葵, 坂口浩司
    • 学会等名
      電気化学会第82回大会
    • 発表場所
      横浜国立大学(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2015-03-15
  • [学会発表] 分子細線幅グラフェンナノリボンのボトムアップ合成と電気特性2014

    • 著者名/発表者名
      中江隆博,射鹿拓,矢野真葵,小島崇寛,坂口浩司
    • 学会等名
      第5回分子アーキテクト二クス研究会
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス(大阪府豊中市)
    • 年月日
      2014-11-25
  • [学会発表] アームチェアー型sub-1 nmグラフェンナノリボンの精密合成2014

    • 著者名/発表者名
      矢野真葵,射鹿拓,中江隆博,小島崇寛,坂口浩司
    • 学会等名
      第5回分子アーキテクト二クス研究会
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス(大阪府豊中市)
    • 年月日
      2014-11-25
  • [学会発表] アームチェアー型Sub-1 nmグラフェンナノリボンの精密合成2014

    • 著者名/発表者名
      矢野真葵, 射鹿拓, 中江隆博, 小島崇寛, 坂口浩司
    • 学会等名
      第8回物性科学領域横断研究会 凝縮系科学の最前線
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス(大阪府豊中市)
    • 年月日
      2014-11-21
  • [学会発表] Bottom-Up Synthesis of sub-1 nm Graphene Nanoribbons by Surface Polymerization2014

    • 著者名/発表者名
      T. Nakae, T. Iruka, S. Fujita, M. Yano, T. Kojima, H. Sakaguchi
    • 学会等名
      International Symposium on Integrated Molecular/Materials Science and Engineering (IMSE2014)
    • 発表場所
      Nanjing(China)
    • 年月日
      2014-11-02
    • 招待講演
  • [学会発表] Synthesis of T-shape acene-fused biazulene molecules2014

    • 著者名/発表者名
      T. Nakae, T. Kikuchi, S. Mori, T. Okujima, H. Sakaguchi, T. Murafuji, H. Uno
    • 学会等名
      International Symposium on the Synthesis and Application of Curved Organic π-Molecules and Materials (CURO-π)
    • 発表場所
      Obaku Plaza, Kyoto University(京都府宇治市)
    • 年月日
      2014-10-19
  • [学会発表] Synthesis of width-controlled sub-1nm graphene nanoribbons by radical polymerization-chemical vapor deposition2014

    • 著者名/発表者名
      T. Nakae, M. Yano, T. Kojima, H. Sakaguchi
    • 学会等名
      International Symposium on the Synthesis and Application of Curved Organic π-Molecules and Materials (CURO-π)
    • 発表場所
      Obaku Plaza, Kyoto University(京都府宇治市)
    • 年月日
      2014-10-19
  • [学会発表] ラジカル重合型化学気相成長法によるアームチェア端をもつsub-1nm グラフェンナノリボンの表面合成2014

    • 著者名/発表者名
      中江隆博, 矢野真葵, 小島崇寛, 坂口浩司
    • 学会等名
      第47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
    • 発表場所
      名古屋大学IB電子情報館(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2014-09-05
  • [学会発表] Highly Efficient Multi-Benzocyclization of 2-Iodoethynyl Groups by Using AuCl Catalyst2014

    • 著者名/発表者名
      T. Nakae, Y. Kitahata, S. Sato, S. Mori, T. Okujima, H. Uno, H. Sakaguchi
    • 学会等名
      XXVI International Conference on Organometallic Chemistry (ICOMC 2014)
    • 発表場所
      Royton Sapporo (北海道札幌市)
    • 年月日
      2014-07-17

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公開日: 2016-06-01  

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