化学修飾ナノチューブの電子構造と光物性

化学修饰纳米管的电子结构和光学性质

• 批准号: 20038031
• 负责人: 今堀 博
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20038031/
• 关键词: カーボンナノチューブ; 密度汎関数法; ビンゲル反応; 化学修飾; 電子状態; エノラートアニオン; 結合様式; 構造最適化; 自己組織化; 光電変換; クラスター; 泳動電着; 光電流; フラーレン; 酸化スズ電極

一般に、側壁への共有結合による化学修飾は、パイ共役性を破壊し、単層カーボンナノチューブ(SWNT)の電子状態を大きく変化させることが知られている。一方で、我々はこれまでに、SWNT側壁へのエノラートアニオンの環化付加反応、いわゆるビンゲル反応による修飾は、SWNTの電子状態にほとんど変化を起こさないことを実験的に見出した。本研究では、密度汎関数(DFT)法を用いて、ビンゲル反応修飾により得られるSWNTの構造や電子状態を理論的に考察した。ここで、チューブ軸に対して付加した3員環面が垂直あるいは垂直により近いものをType 1、平行あるいはより平行に近いものをType 2として表記する。Type 1およびType 2の(8,8)SWNTに対して構造最適化を行ったところ、Type 2では反応した側壁上の2つの炭素間の距離が1.57Aであるのに対し、Type 1では2.23Aとなり、結合の切断が示唆された。また、(10,5)SWNTを用いた場合にも、同様にType 1の場合に結合の開裂を伴うことが示唆された。さらに、無修飾およびType 1、Type 2のSWNTモデルに対して電子構造の考察を行ったところ、(8,8)および(10,5)SWNTのいずれにおいても、Type 1では、軌道のエネルギーが無修飾の場合と比べてほとんど変化せず、チューブ全体に電子が非局在化していた。一方Type 2では、付加基付近への電子の局在化が見られ、軌道のエネルギーが無修飾と比べて大きく変化していることがわかった。以上の結果とビンゲル反応修飾後に電子状態が保持されるという実験結果を考え合わせると、実験ではType 1の立体配置での付加反応が優先的に進行したと考えられる。今回、理論的結果とあわせて考察することで、SWNTの側壁化学修飾における結合様式の推定を行うことができた。

通常，众所周知，通过共价键与侧壁的键进行化学修饰，分解了馅饼的结合，并显着改变了单壁碳纳米管（SWNT）的电子状态。另一方面，我们在实验上发现，烯烃对SWNT侧壁的环化添加反应，或者通过所谓的宾格尔反应进行修饰，对SWNT的电子状态几乎没有影响。在这项研究中，我们从理论上研究了使用密度函数（DFT）方法通过Bingel反应修饰获得的SWNT的结构和电子状态。在这里，添加到管轴中的三元环形表面表示为垂直或更靠近垂直的垂直，并且1型表示为平行或更靠近平行平面。在1型和2型的（8,8）SWNT上进行了结构优化，反应中侧壁上两个碳之间的距离为1.57a，而1型为2.23a，表明寻求键断裂。还建议使用（10,5）SWNT，但是结合裂解也伴随着1型。此外，当我们检查了未修饰和1型和2型SWNT模型的电子结构时，在（8,8）和（8,8）和（10,5）SWNT中，类型为1中，轨道能量几乎是不变的，并且整个型号都不相比。另一方面，在2型中，在加法组附近观察到电子定位，发现轨道的能量与未修饰的能量显着变化。考虑到上述结果以及在宾格尔反应改变后保留的电子状态的实验结果，据信，1型构型中的加法反应优先在实验中。通过考虑此问题以及理论结果，我们能够估计SWNT侧壁化学修饰中的结合模式。

项目成果

Progress in Nano-Electro-Optics VII

纳米电光进展七

• 发表时间: 2010
• 作者: Tetsuya Kawano;Hisanori Yamane;植松佑太,柿沼克良,西野華子,内田裕之,渡辺政廣;H. Imahori and T. Umeyama
• 通讯作者: H. Imahori and T. Umeyama

Molecular Design of Nanostructured Interfaces for Solar Energy Conversion

太阳能转换纳米结构界面的分子设计

• 发表时间: 2009
• 作者: Tetsuya Kawano;Hisanori Yamane;H. Imahori
• 通讯作者: H. Imahori

Carbon nanotube-modified electrodes for solar energy conversion

• DOI: 10.1039/b805419n
• 发表时间: 2008-07
• 期刊: Energy and Environmental Science
• 影响因子: 32.5
• 作者: T. Umeyama;H. Imahori

Fused five-membered porphyrin for dye-sensitized solar cells

• DOI: 10.1246/cl.2008.846
• 发表时间: 2008-08-05
• 期刊: CHEMISTRY LETTERS
• 影响因子: 1.6
• 作者: Hayashi, Shinya;Matsubara, Yusuke;Imahori, Hiroshi
• 通讯作者: Imahori, Hiroshi

有機薄膜太陽電池の最新技術II

有机薄膜太阳能电池最新技术II

• 发表时间: 2009
• 作者: K.Kaneto;H.Fujisue;K.Yamato;W. Takashima;藤井彰彦
• 通讯作者: 藤井彰彦