窒素ドープ型ナノチューブ分子を化学合成――窒素ドープナノカーボン材料の開発に寄与 東京大学

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東京大学は2020年4月14日、同大学大学院理学系研究科の磯部寛之教授の研究グループが、窒素原子が埋め込まれたナノチューブを分子性物質として化学合成することに成功したと発表した。発表によると世界初だという。

同研究グループは2019年にナノチューブ分子化学合成法を独自開発しており、今回新たに窒素原子を埋め込むことを可能とした。これまではベンゼンを用いてきた化学合成法に、新たにピリジンを活用した成果である。

これにより、ナノチューブ分子の構成主原子304個のうち8個を窒素原子とすることができ、窒素原子の含有率を2.6%に定めることが可能となった。窒素ドープナノカーボンの電子的、化学的性質を計るのに適した組成となっている。

また、X線構造解析法を用いることで窒素上の孤立電子対(ローン・ペア)の存在が明確になったほか、窒素にはナノチューブに電子を注入させやすくする効果があることも判明した。

窒素ドープナノチューブ分子上の孤立電子対(ローン・ペア)による電子状態変化(赤い部分が電子密度が高く、青い部分が電子密度が低い)

今回の研究により窒素がn型半導体になりやすくさせることが明らかとなっており、今後の窒素ドープナノカーボン材料の開発に寄与することが期待される。

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