Synthesis of two-dimensional aromatic compounds using hydrogen and heated catalysts and their spin device applications

氢气和加热催化剂合成二维芳香族化合物及其自旋装置应用

基本信息

批准号：
22K04877
负责人：
部家彰
金额：
$ 2.66万
依托单位：
University of Hyogo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では、基板近傍に設置した加熱金属触媒体（1400℃）と水素ガス（反応促進剤）を用いた新規化合物合成法のホットメッシュ堆積（Hot Mesh Deposition, HMD）法を発展させてグラフェンナノリボン（GNR）を創製する。このGNRをペンタセン（C22H14）から合成するためにはペンタセンを水素化したジヒドロペンタセン（C22H16）をまず生成し、ペンタセンと反応させる必要があることが明らかとなっている。これまではペンタセンとジヒドロペンタセンの存在比制御を触媒体温度や触媒体（W線上へのNi粒子担持）で行っていたが制御性が乏しいことが問題となっていた。そこで1年目では、ペンタセンとジヒドロペンタセンの供給源を2つに分け、ペンタセンとジヒドロペンタセンの重合反応をより効率よく行うための装置改造を行った。この装置改良によりペンタセンとジヒドロペンタセンの存在比制御を容易にすることができた。また、基板表面に原子状水素を供給しGNR成長表面での選択的エッチングで良質なGNRのみが残存できる機構を追加した。この原子状水素による高分子炭素膜との反応を酸化グラフェン・PTFE・酸素含有フッ素膜を用いて検討し、官能基との反応性の違いなどを明らかにした。さらに、GNRの電子物性を放射光施設NewSUBARUの高輝度軟X線で評価する予定であるが、高輝度軟X線により炭素膜が改質してしまう可能性がある。そこで、酸化グラフェン・PTFE・酸素含有フッ素膜を用いて、軟X線照射による炭素膜の変化についても検討した。O原子を含む官能基を有する場合、その放出時に炭素6員環構造が一部破壊されることが示唆されたが、理想的なGNRはO原子を含まないため、電子物性評価時でもある程度は改質せずに測定が可能であることが予想される。

在这项研究中，我们将开发热网沉积（HMD）方法，这是一种使用放置在基板附近的加热金属催化剂（1400℃）和氢气（反应促进剂）来生产石墨烯纳米带（GNR）的新化合物合成方法。）。已经清楚的是，为了从并五苯（C22H14）合成这种GNR，必须首先通过并五苯氢化生成二氢并五苯（C22H16），然后将其与并五苯反应。迄今为止，并五苯和二氢并五苯的丰度比是通过催化剂温度和催化剂（负载在W丝上的Ni颗粒）来控制的，但问题是可控性较差。因此，第一年，他们将并五苯和二氢并五苯的供应源一分为二，并对设备进行了改造，以便更高效地进行并五苯和二氢并五苯的聚合反应。该设备的改进使得可以容易地控制并五苯和二氢并五苯的丰度比。我们还添加了一种机制，通过向基板表面提供原子氢来选择性蚀刻 GNR 生长表面，从而仅保留高质量的 GNR。我们使用氧化石墨烯、PTFE 和含氧氟薄膜研究了这种原子氢与聚合物碳薄膜的反应，并阐明了与官能团反应性的差异。此外，我们计划在同步辐射设施NewSUBARU中使用高亮度软X射线评估GNR的电子特性，但碳膜有可能被高亮度软X射线改性。因此，利用氧化石墨烯、PTFE和含氧氟薄膜，我们还研究了软X射线照射引起的碳膜的变化。有人提出，当存在含有O原子的官能团时，六元碳环结构在其释放过程中被部分破坏，但由于理想的GNR不含有O原子，因此即使当预计无需修改即可进行测量。