透過電子顕微鏡構造解析を鍵とするグラフェンナノリボンの面修飾反応の開発とその応用

透射电镜结构分析石墨烯纳米带表面改性反应的进展及其应用

• 批准号: 21J01147
• 负责人: 花山 博紀
• 金额: $ 3.08万
• 依托单位: Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J01147/
• 关键词: 透過電子顕微鏡; グラフェンナノリボン; 原子分解能電子顕微鏡

本年度は、グラフェンナノリボンのエッジクロロ化の検討とエッジクロロ化されたグラフェンナノリボンの原子分解能構造解析に加えて、共有結合性有機構造体（COF）の構造解析に取り組んだ。具体的な成果としては、グラフェンナノリボンの電子顕微鏡観察について、昨年度達成したカーボンナノチューブへの担持による孤立したグラフェンナノリボンの観察には炭素原子が電子顕微鏡像上で強いコントラストを持たないため、詳細な構造解析が困難であるという問題があった。その問題を解決するべく、一部のナノグラフェンにおいて報告がされていたエッジに存在する水素をクロロ基に置換する反応に注目し、非平面のねじれ構造を持つフィヨルドエッジ型グラフェンナノリボンに対して検討を行った。フィヨルドエッジ型の構造に対してはこれまで報告がなかったが、反応条件検討の結果、非平面性を引き起こす[5]ヘリセン部位を維持したままクロロ化を進行させることができた。このようにして得られたクロロ化グラフェンナノリボンは十分なコントラストを持った電子顕微鏡像を与え、シミュレーションによる解析の結果、非平面構造を引き起こす各ヘリセン部位のキラリティについても推定することができた。このように非平面グラフェンナノリボンの原子分解能構造解析を世界で初めて達成することができた．COFに関して、電子顕微鏡観察によりそのハニカム周期性を持つ二次元シート構造とその積層構造を確認することができた。

今年，我们研究了石墨烯纳米容器的边缘氯化，并分析了含边缘氯的石墨烯纳米纤维的原子分辨率结构，以及共价有机结构（COF）的结构分析。一个具体的结果是，关于石墨烯纳米纤维的电子显微镜观察，去年通过携带碳纳米管来实现的分离石墨烯纳米骨的观察很困难，因为碳原子在电子显微镜图像上没有很大的对比，因此使详细的结构分析变得困难。为了解决这个问题，我们专注于用氯酸组在边缘替换氢的反应，氯酸组已在某些纳米摄虫中报告，并检查了峡湾边缘石墨烯纳米纤维具有非平面扭转结构。尽管迄今为止，由于对反应条件的研究，还没有关于峡湾边缘型结构的报道，但在维持无形位点的同时实现了氯化作用，这会导致非平面性[5]。如此获得的氯仿石墨烯纳米纤维给出了具有足够对比度的电子显微镜图像，并且由于模拟分析，也可以估算出导致非平面结构的每个helicene位点的手性。这是世界上第一次分析非平面石墨烯纳米纤维的原子分辨率结构。关于COF，可以通过电子显微镜观察确认具有蜂窝周期性的二维片结构及其层压结构。