Creation of innovative near-infrared photoluminescence probe based on nanocarbons by chemical functionalization

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26286012
• Research Institution: Tokyo Gakugei University
• Principal Investigator: 前田 優 東京学芸大学, 教育学部, 准教授 (10345324)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: カーボンナノチューブ / 化学修飾 / ラマン分光 / 熱重量分析 / 近赤外蛍光

Outline of Annual Research Achievements

昨年度までにカーボンナノチューブの近赤外発光の特性の制御を目的に、二段階還元的アルキル化反応により、近赤外領域に新たな発光が生じること、アルキル化カーボンナノチューブを嫌気下で熱処理すると付加基の脱離がおこり化学修飾率を制御することができること、熱処理によりアルキル化カーボンナノチューブの化学修飾率を最適化すると、新たに生じる発光の効率を向上できることを見出している。
一段階の還元的アルキル化反応を行ったところ、２つの新たな近赤外発光が生じた。これは付加基の構造には依存しなかった。そこで、反応活性点を１つあるいは２つ有する反応試薬を用いてアルキル化カーボンナノチューブを合成した。これらのアルキル化カーボンナノチューブを分析したところ、カーボンナノチューブ上の付加基同士が近傍に位置する場合にストークスシフトの大きな発光が発現することを支持する結果が示された。さらに、ストークスシフトの程度は新たに生じた発光の寿命とその波長を励起波長とするup conversion発光の効率に大きく影響することを明らかにした。
アルキル化カーボンナノチューブの熱処理による脱離反応について、付加基の構造によって脱離反応のおこりやすさが異なること、脱離反応前の化学修飾率の違いが脱離反応後の発光特性に大きく影響することを明らかにした。
光酸化したカーボンナノチューブについて、光反応時間に応じて発光効率を制御できることを明らかにした。また、光酸化したカーボンナノチューブについて熱処理による化学修飾率制御を検討した。酸化の程度が低い場合には酸素原子が脱離しやすく、熱処理が発光特性の制御に有効であることが示された。一方酸化の程度が大きい場合には熱処理により分解が進行し、カーボンナノチューブの発光特性の制御には不適であることがわかった。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Causes of Carryover

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Xi'an Jiaotong University(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: Xi'an Jiaotong University
• [Journal Article] Effect of Substituents and Initial Degree of Functionalization of Alkylated Single-Walled Carbon Nanotubes on their Thermal Stability and Photoluminescence Properties (2017)
  • Author(s): Yutaka Maeda, Yuya Takehana, Jing Dong Guo, Mitsuaki Suzuki, Michio Yamada
  • Journal Title: Chem. Eur. J. Volume: 23 Pages: 1789-1794
  • DOI: 10.1002/chem.201604282.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Temperature Dependence of Anisotropic Transient Conductivity of La@C2v-C82(Ad) Crystal (2017)
  • Author(s): Yamada, Michio; Sato, Satoru; Choi, Wookjin; Seki, Shu; Abe, Tsuneyuki; Suzuki, Mitsuaki; Maeda, Yutaka; Nagase, Shigeru; Akasaka, Takeshi
  • Journal Title: Chem. Lett. Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1246/cl.170279
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Thermal Stability of Oxidized Single-Walled Carbon Nanotubes: Competitive Elimination and Decomposition Reaction Depending on the Degree of Functionalization (2016)
  • Author(s): Yutaka Maeda, Erika Sone, Akane, Nishino, Wei-Wei Wang, Michio Yamada, Mitsuaki Suzuki, Jun Matsui, Masaya Mitsuichi, Toshiya Okazaki, Shigeru Nagase
  • Journal Title: Chem. Eur. J. Volume: 22 Pages: 15373-15379
  • DOI: 10.1002/chem.201602944
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Tuning of the photoluminescence and up-conversion photoluminescence properties of single-walled carbon nanotubes by chemical functionalization (2016)
  • Author(s): Yutaka Maeda, Shun Minami, Yuya Takehana, Jing Dong Guo, Shun Aota, Kazunari Matsuda, Yuhei Miyauchi, Michio Yamada, Mitsuaki Suzuki,Rui-Sheng Zhao, Xiang Zhao, Shigeru Nagase
  • Journal Title: Nanoscale Volume: 8 Pages: 16916-16921
  • DOI: 10.1039/C6NR04214G.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 酸化単層カーボンナノチューブの修飾率に依存する競争的な脱離と分解反応 (2017)
  • Author(s): 前田優、曽根絵理香、西野朱音、天谷優里、Wang Wei-Wei、山田道夫、鈴木光明、松井淳、三ツ石方也、岡崎俊也、永瀬茂
  • Organizer: 第52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
  • Place of Presentation: 東京大学伊藤国際学術研究センター（東京都文京区）
  • Year and Date: 2017-03-03 – 2017-03-03
• [Presentation] Photochemical addition of siliranes to Sc3N@Ih-C80: Interconversion of the [6,6]- and [5,6]-adducts (2017)
  • Author(s): 杉浦健、宮部恭輔、加固昌寛、安井正憲、山田道夫、前田優、Jingdong Guo、永瀬茂、赤阪健
  • Organizer: 第52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
  • Place of Presentation: 東京大学伊藤国際学術研究センター（東京都文京区）
  • Year and Date: 2017-03-01 – 2017-03-01
• [Presentation] Contorol of photoluminescence properties of single-walled carbon nanotubes by chemical functionalization (2016)
  • Author(s): Yutaka Maeda, Yuya Takehana, Shun Minami, Akane Nishino, Jing-S. Dang, Wai-W. Wang, Kazunari Matsuda, Yuhei Miyauchi, Michio Yamada, Mitsuaki Suzuki, Xiang, Zhao, Shigeru Nagase
  • Organizer: CNT25 INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON CARBON NANOTUBE in Commemoration of its Quarter-Century Anniversary
  • Place of Presentation: 東工大蔵前会館（東京都目黒区）
  • Year and Date: 2016-11-17 – 2016-11-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 化学修飾によるカーボンナノチューブの機能化 (2016)
  • Author(s): 前田優
  • Organizer: 第65回高分子討論会
  • Place of Presentation: 神奈川大学横浜キャンパス（横浜市神奈川区）
  • Year and Date: 2016-09-14 – 2016-09-14
• [Presentation] Control of photoluminescence properties of single-walled carbon nanotubes (2016)
  • Author(s): 前田優、武塙祐哉、西野朱音、南峻、山田道夫、鈴木光明、永瀬茂
  • Organizer: 第51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
  • Place of Presentation: 北海道立道民活動センター かでる2・7（北海道札幌市中央区）
  • Year and Date: 2016-09-08 – 2016-09-08
• [Presentation] 単層カーボンナノチューブのアルキル化による発光特性の制御 (2016)
  • Author(s): 前田優、武塙祐哉、山田道夫、鈴木光明、村上達也
  • Organizer: 第27回基礎有機化学討論会
  • Place of Presentation: 広島国際会議場（広島県広島市中区）
  • Year and Date: 2016-09-01 – 2016-09-01
• [Book] フラーレンの化学（化学の要点シリーズ） (2016)
  • Author(s): 赤阪 健、山田道夫、前田優、永瀬 茂
  • Total Pages: 182
  • Publisher: 共立出版
• [Remarks] MAEDA & YAMADA LABORATORY
  • URL: http://www.u-gakugei.ac.jp/~ymaeda/orgchem/index.html