Optical properties control of advanced functional nanomaterials using spatially selective chemical reactions

利用空间选择性化学反应控制先进功能纳米材料的光学性质

基本信息

批准号：
22K19013
负责人：
井村考平
金额：
$ 4.08万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

化学合成法や気相成長法などにより，さまざまなナノ物質が合成され，それらの基礎および応用研究が進展している。ナノ物質は，その特異な化学的，光学的な特徴から，触媒や電子デバイスなど，さまざまな先進的な応用が期待されている。本研究では，電子線誘起反応を用いて機能性ナノ物質を空間選択的に合成する手法を確立することを目的とする。また，ナノ物質の二次元ナノ配列体を作製し，ナノ物質間の強結合相互作用と配列体の構造共鳴により，光特性制御を実現することを目的とする。本年度は，基板上に有機結晶を成膜し，これに電子線や紫外レーザーを照射して化学反応を誘起し，あらたな物質を合成することを計画した。多環芳香族化合物を研究対象として電子線を照射すると，2量体や3量体が生成すること，この多量化反応は複数の多環芳香族化合物において起こることが明らかとなった。また，同様の反応は，紫外線を用いても誘起することが可能である。紫外線を用いる場合，粉末試料を対象とすることが可能で，昇華精製により，反応物を分離可能であることが明らかとなった。分離後の化合物は，単量体に比べ，長波長域において吸収や発光を示す。この結果は，多量化により化合物の共役長が拡張することを示す。次に，集束した紫外レーザー光に対して，試料をピエゾステージにより走査することで，二次元的なパターンを作製した。描画部分において，強い発光が観測されること，光照射量により発光強度を調整することができることを明らかにした。描画パターンを溶媒で洗浄した結果，描画部においてのみ発光種が残ることが明らかとなった。さらに，描画部分の質量分析を行った結果，より高次の多量体が生成していることが明らかとなった。この結果は，難溶性の化合物を直接基板上に合成できることを示す。

利用化学合成方法和气相生长方法合成了各种纳米材料，其基础和应用研究正在取得进展。由于其独特的化学和光学特性，纳米材料有望具有多种先进应用，例如催化剂和电子设备。本研究的目的是建立一种利用电子束诱导反应空间选择性合成功能纳米材料的方法。我们还致力于制造纳米材料的二维纳米阵列，并通过纳米材料之间的强键合相互作用和阵列的结构共振来实现光学性能控制。今年，我们计划通过在基板上沉积有机晶体并用电子束或紫外线激光照射它们以引发化学反应来合成新物质。已知当多环芳香族化合物受到电子束照射时，形成二聚体和三聚体，并且该聚合反应在多个多环芳香族化合物中发生。使用紫外线也可以引发类似的反应。据透露，当使用紫外线时，可以瞄准粉末样品，并可以通过升华纯化来分离反应物。分离的化合物在比单体更长的波长范围内表现出吸收和发射。该结果表明该化合物的共轭长度通过聚合而扩大。接下来，通过压电平台使用聚焦紫外激光扫描样品来创建二维图案。可知在描绘区域中观察到较强的发光，并且可以通过调节光照射量来调节发光强度。用溶剂清洗绘制的图案后，很明显发光物质仅保留在绘制的区域中。此外，对拉伸部分进行质谱分析表明产生了更高阶的多聚体。该结果表明难溶性化合物可以直接在基质上合成。