2018 Fiscal Year Annual Research Report
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17H04794
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| Research Institution | Meiji University |
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Principal Investigator |
田原 一邦 明治大学, 理工学部, 専任准教授 (40432463)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 表面・界面物性 / グラフェン / グラファイト / ナノ材料 / 自己組織化 / 電気化学 / 走査プローブ顕微鏡(STM, AFM) / 化学修飾 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題では、グラフェン表面で有機分子が形成する自己集合単分子膜をテンプレートとし、申請者らが確立した条件で電気化学法でグラフェン表面を化学修飾し、従来困難であったグラフェンへ任意の周期(位置)で有機基を導入し得る化学修飾技術を確立することを目的とする。作成される数nmの周期で精密修飾され たグラフェン半導体の構造と電子状態を明らかにし、それに基づいて高速動作FETや超高感度センサの開発や分子エレクトロニクス素子への展開を目指す。
以前までに、アルカンがグラファイトやグラフェンの表面に形成するラメラ型の自己集合単分子膜をテンプレートとして、炭素表面(動作電極)/有機溶媒(アルカンの溶 液)/電解質水溶液の二溶媒界面系において、アリールジアゾニウム塩の一電子還元により発生させたアリールラジカルの付加反応を実施して、一次元周期的なグラファイトやグラフェンの化学修飾に成功した。H30年度は、単純なアルカンよりも一次元周期性を向上させるため、新たにアルカンの末端に二つのメトキシ基が置換した分子を合成し、そのテンプレートとしての効果を検証した。また、アルキル基の中央付近に一つのアミド結合を持つ分子を合成した。化学修飾後のグラファイトのSTM観測を行い、アリール基の付加位置について画像解析をもとに行なった。今後は、分子とテンプレートの構造、界面における動的挙動に焦点をあてて分析し、より良いテンプレート分子の合成を行う。
アルコキシ基(偶数の炭素数:C4~C10)が置換したデヒドロベンゾ[12]アヌレン(DBA)誘導体が有機溶媒とグラファイとの界面で形成するハニカム型の多孔性単分子膜を鋳型としてグラファイトの化学修飾を検討し、テンプレート効果が発現することを 明らかにしている。H30年度は、ホモキラルな分子ネットワークにおいて周期性が発現するか調べた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
・テンプレートとなる分子としてアルカンを用いた一連の実験を行い、ある程度の精度でグラファイトやグラフェンを一次元的に精密化学修飾することついて、国際学会での招待講演と論文発表した。
・また、アルカン誘導体についても検討し、より高精度での周期的修飾を実現するための重要な情報を得ることができた。
・デヒドロベンゾ[12]アヌレンが形成する多孔性のハニカム構造をテンプレートとして利用できることを明らかにしていたが、ホモキラルな多孔性のハニカム構造をテンプレートとすると、ホモキラルな修飾が起こることがわかった。
・多様な置換基を持つアリールラジカルの付加反応について調査し、置換基の付加効率と構造への影響を明らかにした。このことは論文として発表した。
・付加したアリール基が他のDBA分子の自己集合に与える影響を明らかにした。このことについて論文発表した。
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| Strategy for Future Research Activity |
・様々なアルカン誘導体をテンプレートとして検討して、より良い精度で付加位置を制御できる分子を探索する。これにより、グラフェンの電子状態を精密に制御する技術を確立する。
・多孔性の構造をテンプレートとする付加位置制御について、引き続き検討する。特に、水素結合系の多孔性ネットワークをテンプレートした検討も行う。
・付加物をさらに化学変換可能な官能基を事前に導入しておき、さらなる修飾による三次元構造の作成についても検討する。 ・炭素表面(動作電極)/有機溶媒(アルカンの溶液)/電解質水溶液の二溶媒界面系における電気化学機構を解明する。
・周期的に修飾されたグラフェンやグラファイトのXPS (ARPES) 測定やFET作成と電気的性質の調査を行い、周期的に修飾されたグラフェンの電子状態を明らかにする。
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