活性点が構造制御されたナノ炭素材料の合成法と解析法の確立

结构可控活性位点纳米碳材料合成与分析方法的建立

• 批准号: 21K04773
• 负责人: 山田 泰弘
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Chiba University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04773/
• 关键词: 炭素材料; ピリジニック窒素; 第3級窒素; 構造制御; スクリーニング; 反応分子動力学計算; グラフェン; XPS; 構造解析; ピロール窒素; 5員環; 活性点; 窒素

本研究では、活性点（ピリジニック窒素（N-C-H、gulfエッジを含むもの等）や第3級窒素等）を選択的に導入したナノ炭素材料の合成を行った。これらの研究を通して、計算化学（反応分子動力学計算や密度汎関数法によるエネルギー計算）を適用し、構造制御された炭素材料の原料をスクリーニングする技術を確立した。活性点が選択的に導入された炭素材料の合成においては、原料の骨格構造の反応性を利用し、原料を減圧下で加熱するシンプルな方法で構造制御された炭素材料の合成に成功した。また、炭素材料の構造制御に求められる原料構造構造を明確化するため、種々の分析（赤外分光分析（IR）、Raman分光分析、元素分析、X線光電子分光分析（XPS））に加えて、密度汎関数法による計算や、反応分子動力学計算などを組合せ、炭素材料の分析技術を確立してきた。さらに類を見ない高精度構造解析法の確立を目指し、種々の構造の異なるグラフェンやグラフェンナノリボンのX線光電子分光分析による分析を行った。本研究成果の一部は、論文として6報Acceptされており（Carbon Rep. Accepted（https://doi.org/10.7209/carbon.020202）, Carbon 207 (2023) 270-291, Carbon Lett. accepted（https://doi.org/10.1007/s42823-023-00482-7）, Carbon 203 (2023) 498-522, Carbon 198 (2022) 411-434, J. Mater. Sci. 57 (2022) 15789-15808）、炭素材料学会でも発表を行った。

在这项研究中，合成纳米碳材料有选择性地引入活性点（吡啶固醇（例如含有N-C-H，海湾边缘等）或第三纪氮）。通过这些研究，我们建立了一项技术，通过应用计算化学（使用密度功能方法）应用计算化学（反应分子动力学计算和能量计算）来筛选结构控制的碳材料的原材料。在选择性地引入活性点的碳材料的合成中，我们成功地合成了使用简单方法控制的结构，其中使用原材料在减压下加热原料，并利用原材料的骨骼结构的反应性。此外，为了澄清碳材料结构控制所需的原材料结构，我们通过结合各种分析技术（红外光谱法（IR），拉曼光谱，元素分析，X射线光电学光谱（XPS））来建立碳材料分析技术，以及使用密度官能化方法计算的计算方法。此外，我们旨在建立一种无与伦比的高精度结构分析方法，并通过X射线光电子光谱法分析了具有不同结构的石墨烯和石墨烯纳米纤维。这项研究的一些结果已被接受为六部分论文（碳代表接受（https://doi.org/10.7209/carbon.020202），碳207（2023）270-291，Carbon Lett。 203（2023）498-522，碳198（2022）411-434，J。Mater。

项目成果

Effects of molecular shapes, molecular weight, and types of edges on peak positions of C1s X-ray photoelectron spectra of graphene-related materials and model compounds

• DOI: 10.1007/s10853-022-07599-6
• 发表时间: 2022-08
• 期刊: Journal of Materials Science
• 影响因子: 4.5
• 作者: Kumiko Mori;Jungpil Kim;Shingo Kubo;Yasuhiro Yamada

含窒素炭素材料の製造方法

一种含氮碳材料的制造方法

• 发表时间: 2021

異骨格前駆体を用いたピリジニック窒素含有炭素材料の構造制御

利用异骨架前驱体控制吡啶类含氮碳材料的结构

• 发表时间: 2021
• 作者: 川合崚平，山田泰弘;郷田隼;佐藤智司
• 通讯作者: 佐藤智司

臭素導入によるpyrrolic窒素含有炭素材料の合成

引入溴合成吡咯型含氮碳材料

• 发表时间: 2022
• 作者: 佐藤有紗;山田泰弘;郷田隼;佐藤智司
• 通讯作者: 佐藤智司

含窒素炭素材料における原料のスクリーニング法の開発

含氮碳材料原料筛选方法的开发

• 发表时间: 2022
• 作者: Yamaguchi Sho;Mizugaki Tomoo;Mitsudome Takato;田辺 真，山元 公寿;山田泰弘
• 通讯作者: 山田泰弘