東工大と熊本大、ナノグラフェンの水溶化と分子膜作製に成功――ミセルを分子コンテナにして輸送

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ナノグラフェンを取り込んだミセル型カプセルの作製方法

東京工業大学と熊本大学は2016年10月31日、ミセル型カプセルを利用した「分子コンテナ法」を開発し、難溶性のナノグラフェン分子の水溶化と、基板上への高配向組織化膜の作製に成功したと発表した。

グラフェンの中でも、長さや幅がナノサイズであるナノグラフェン(多環芳香族炭化水素)は、グラフェンとは違った物性を示す可能性があり、有機半導体や分子デバイスの材料として期待されている。しかし、ナノグラフェン分子群はあらゆる溶媒に溶けにくい性質のため、基礎物性の理解が進んでいなかった。

そこで、研究グループは、水中で凝集して内側が疎水(親油)部、外側が親水部となった球状の構造体、ミセルをナノグラフェン化合物群へ展開した。

この手法は、ミセル型カプセルを分子コンテナとして利用するもので、分子間の相互作用を利用し、疎水性の高いナノグラフェン分子をカプセルに取り込む。基板表面近傍まで輸送されたミセル型カプセルは、酸性水溶液中で分子集合状態の変化が起こっており、これに伴いナノグラフェンがカプセル内部から飛び出す。しかし、ナノグラフェンは水には溶けないため基板へ吸着し、組織化することで安定化する。

分子膜作製のしくみ

さらに、研究グループは、同手法によって作製した分子膜を電気化学走査型トンネル顕微鏡によって観察。金電極表面における3種類のナノグラフェン分子(オバレン、サーコビフェニル、ジコロニレン)の2次元組織化の分子スケール解像に世界で初めて成功した。

電気化学走査型トンネル顕微鏡による分子スケール解像

この手法は、有機溶媒を用いる必要がないため、実験者のみならず地球環境へも優しい技術だという。また、さらに巨大な構造の分子群にも適用できることから、基礎物性の解明のみならず、分子の精密設計による分子サイズの導電性配線、新しい電池材料や薄膜結晶成長への展開も期待できるとしている。

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