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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04877/
• 关键词: 2次元芳香族化合物; 水素; 加熱触媒体; グラフェンナノリボン; 原子状水素; スピンデバイス

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，通过使用安装在基板和氢气（反应加速器）附近的加热金属催化剂（1400°C）开发一种新型化合物合成方法来开发石墨烯纳米纤维（GNR）。显然，为了合成五苯烯（C22H14）（C22H14），二氢苯乙烯（C22H16）的GNR，必须首先生产五苯苯乙烯并与五苯烯反应。到目前为止，使用催化剂体温和催化剂体（W线上支撑的Ni颗粒）控制五苯和二氢苯乙烯的丰度比，但是缺乏控制已成为问题。因此，在第一年，将五苯和二氢苯乙烯的供应源分为两类，并修改了设备以进行五苯苯甲酸和二氢苯丙胺的更有效的聚合反应。这种改善使得促进戊烯和二氢苯乙烯的丰度比控制成为可能。此外，添加了一种机制，该机制仅允许高质量的GNR通过向底物表面提供原子氢并选择性地蚀刻GNR生长表面来保持。使用氧化石墨烯，PTFE和含氧氟膜与原子氢与聚合物碳膜的反应进行了研究，并阐明了与官能团的反应性差异。此外，将使用Synchrotron辐射设施newsibaru的高亮度软X射线来评估GNR的电子性能，但是有可能通过高亮度软X射线来修改碳膜。因此，我们还研究了使用氧化石墨烯，PTFE和含氧氟膜的软X射线照射引起的碳膜的变化。已经提出，当包括包含O原子的功能组时，释放时碳6形的环结构会部分破坏，但是由于理想的GNR不包含O原子，因此预计即使在电子性质评估期间，也可以在某种程度上进行一定程度的修改进行测量。