Precise synthesis of novel nanocarbon "graphdiyne" and elucidation of its semiconductor property

新型纳米碳“石墨二炔”的精确合成及其半导体性能的阐明

• 批准号: 20H02547
• 负责人: 坂本 良太
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: Tohoku University (2020, 2022)Kyoto University (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02547/
• 关键词: グラフィジイン; ナノシート; 分子ナノシート; ナノカーボン; 2Dポリマー; 2D MOF; 2D COF; 分子ナノワイヤ; 薄膜

今年度は研究機関の異動直後ということもあり、研究環境整備に忙殺されたが、コロナ禍ということもあり、整備は難航した。具体的には、研究スペースの賃借、研究機器の移設を行った。技術移転については人的交流のコロナ制限のため、大きく遅れることとなった。スペインの研究者との国際共同研究の遂行も模索していたが、コロナ禍により頓挫した。新しいグラフィジイン類縁体用のモノマーとして、ポルフィリンをコアに有する含エチニル基モノマー分子の合成を行った。このモノマー分子はグラフィジイン合成に用いられるほか、固相重合による新たな分子フレームワークの構築を追究中であるとともに、その触媒能の探索も行っている。分子性ナノシートに関連して、ジチオレン金属錯体ナノシートを水全分解半導体光触媒の水素発生反応（HER）助触媒として利用することを提案し、研究を開始した。ジチオレンニッケル錯体ナノシートを界面合成法により合成し、これを破砕したものをチタン酸ストロンチウム（光触媒）に担持した。この複合材料が、犠牲還元剤であるメタノール存在下、紫外光照射により水素を定常的に発生することを見出している。関連して、半導体光触媒自体の開発研究も着手した。総説として、オングストロームレベルで3D秩序化された炭素に富んだ新材料「3Dカーボン構造体」に関する内容をChemical Science誌に上梓した。ここにはグラフィジインおよびその類縁体も含まれる。

今年，由于研究机构刚刚易主，我们忙着准备研究环境，但由于新冠疫情，准备工作很困难。具体来说，我们租用了研究空间并搬迁了研究设备。由于冠状病毒对人际交往的限制，技术转让被严重推迟。他们还希望与西班牙研究人员进行国际联合研究，但由于冠状病毒大流行而被搁置。我们合成了一种具有卟啉核心的含乙炔基单体分子作为新型石墨烯类似物的单体。除了使用这种单体分子来合成石墨烯外，我们目前正在寻求通过固相聚合构建新的分子框架，并探索其催化能力。在分子纳米片方面，我们提出并开始研究使用二硫醇金属配合物纳米片作为半导体光催化剂中的析氢反应（HER）助催化剂，用于全水分解。通过界面合成法合成二硫醇镍复合物纳米片，并将其粉碎并负载在钛酸锶（光催化剂）上。我们发现，这种复合材料在甲醇（一种牺牲还原剂）存在下受到紫外线照射时会不断产生氢气。与此相关，我们也开始了半导体光催化剂本身的开发研究。作为评论文章，我们在《化学科学》杂志上发表了一篇关于“3D 碳结构”的文章，这是一种富含碳的新材料，在埃水平上进行 3D 排序。这还包括 graffidiin 及其类似物。

项目成果

ポストグラフェン材料の創製と用途開発最前線

后石墨烯材料创造与应用开发的前沿

• 发表时间: 2020
• 作者: 土屋俊二;中山健;島津佳弘 ほか
• 通讯作者: 島津佳弘 ほか

Carbon-rich materials with three-dimensional ordering at the angstrom level

• DOI: 10.1039/d0sc02422h
• 发表时间: 2020-06-21
• 期刊: CHEMICAL SCIENCE
• 影响因子: 8.4
• 作者: Fa, Shixin;Yamamoto, Masanori;Ogoshi, Tomoki
• 通讯作者: Ogoshi, Tomoki