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

基本信息

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

项目摘要

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。

在本研究中，我们合成了选择性引入活性位点（吡啶氮（N-C-H，包括海湾边缘等）、叔氮等）的纳米碳材料。通过这些研究，我们应用计算化学（使用密度泛函理论的反应分子动力学计算和能量计算）建立了一种筛选结构控制碳材料原材料的技术。在选择性引入活性位点的碳材料的合成中，我们利用原料骨架结构的反应性，采用减压加热原料的简单方法，成功合成了结构受控的碳材料。。另外，为了明确碳材料结构控制所需的原料结构，除了各种分析（红外光谱（IR）、拉曼光谱、元素分析、X射线光电子能谱（XPS））之外，我们还建立了结合密度泛函理论计算和反应分子动力学计算的碳材料分析技术。此外，为了建立前所未有的高精度结构分析方法，我们利用X射线光电子能谱分析了各种结构的石墨烯和石墨烯纳米带。这项研究的部分结果已被接受为六篇论文中的论文（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)，碳203 (2023) 498-522，Carbon 198 (2022) 411-434，J. Mater. 57 (2022) 15789-15808)，并在日本碳材料学会上发表。