2023 Fiscal Year Annual Research Report
Synthesis and characterization of warped nanoribbons
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21K04840
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
三苫 伸彦 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 研究員 (90768673)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ナノカーボン / π共役系高分子 / 光陽極 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、端部構造が原子レベルで精密制御された一次元物質であるグラフェンナノリボン(GNR)を有機合成により得ることができるようになったが、それらはいずれも嵩高い親溶媒性置換基を有しており、GNR本来の電子物性が覆い隠されてしまう問題を抱える。当初の研究計画では湾曲構造を有し、それ自身が高い親溶媒性を有する七員環や八員環から成る芳香族化合物に着目したが、研究を進める中で一次元鎖が複雑に絡み合い、歪んだ層状構造を形成する、透明な薄膜状のπ共役系高分子(カーボンナイトライド薄膜: CNTF)を合成できることを見出した。この薄膜状π共役系高分子に固有の電気的・光学的性質を明らかにすることに取り組んだ。
窒素含有するπ共役系小分子を加熱重合させることによりCNTFは得られる。また、原料に炭素源を混ぜることにより、CNTF中の炭素/窒素比を変えることができる。炭素比が増大するほど、構造中の歪みが増大することが明らかになった。また、窒素比が高い状態では約2.7 eVのエネルギーバンドギャップを有して青色蛍光を示すが、炭素比が高くなるほどにエネルギーバンドギャップは小さくなり、蛍光は消光する。炭素比の増大に伴い、CNTFの電気伝導度は増大し、可視光照射に対して約400の電気伝導度変化を示すことも判明した。また、CNTFは光陽極として優れた特性を有する。太陽光を照射し、わずかな電圧を印加することにより、効率的に水を分解し、酸素を発生させられることを見出した。
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