KAKENHI KIBAN S：片浦/ Kataura

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科研費　基盤S
完全制御カーボンナノチューブの物性と応用
日本学術振興会　平成２５年度　基盤研究（S)

研究概要
単層カーボンナノチューブ（SWCNT）は、1993年に日本で発見された、炭素一原子層からできた直径1ナノメート程度の筒状物質であり、優れた物理的・電気的特性を持つ事から、様々な分野での応用が期待されている。しかし、発見から20年も経過したにも関わらず、いまだに炭素原子間の結合距離でさえ、正確な値が得られていない。それは、単結晶が得られていないためである。SWCNTは、原子の配列に極めて高い自由度を持つため、合成時に直径を注意深く制御した試料でさえ、数十種類の構造体の混合物になってしまい、そのままでは単結晶を作ることができない。そこで本研究では、我々が開発したゲルカラムクロマトグラフィー法により、数十種類の混合物から一種類だけを高純度で大量に分離精製し、SWCNTの単結晶を作製する事を第一の目的としている。単結晶ができれば、たとえばX線構造解析により、炭素原子間距離も正確に測定することが可能になる。物性研究では当たり前に行われるこの基礎的な研究が、発見から20年の時を経て、単結晶を実現する事により、ようやく実現する事になる。

研究代表者：片浦弘道（産総研ナノ材料研究部門）
研究期間：2013年4月1日～2018年3月31日

本研究課題では、CREST課題で開発したゲルカラムクロマトグラフィー法を改良し、単一構造のCNTを大量分離する事を目指している。以前の方法では、小さなカラムに大量のCNTを投入することにより、ゲル担体の吸着サイトに飽和が生じ、吸着力の強いCNTのみが残留するという選択性を利用していた。この方法は、簡単に単一構造CNTを分離できるという利点を持つが、大量処理を行うには、手間暇がかかる。この手間暇を自動化した装置で実現する事も可能であるが、カラムクロマトグラフィー法の利点を活かし、もっと効率的に分離する技術を開発した方が好ましい。本研究課題では、複雑に混合された複数の界面活性剤の組み合わせを使い、一発で単一構造CNTを大量分離する事を目指している。

メンバー

研究代表者：片浦　弘道
分担者：田中丈士、藤井俊治郎、平野篤
ポスドク：魏小均、王国偉
テクニカルスタッフ：都築真由美、久保田真理子
旧メンバー
ポスドク：蓬田陽平（現・首都大学東京助教）
テクニカルスタッフ：平川琢也

ニュース

人事
2016.4.1: ポスドクの蓬田氏が首都大学東京の助教に就任しました。
2016.4.1: 新人ポスドクとして王国偉氏が加わりました。

受賞（ポスドク）
1. 蓬田陽平：第37回応用物理学会講演奨励賞, 応用物理学会, 2014年9月
段階溶出による単層カーボンナノチューブの大量構造分離

2. 蓬田陽平：第11回飯島奨励賞, フラーレン・ナノチューブ・グラフェン学会, 2014年9月
高純度(9,4)および(10,3)単層カーボンナノチューブのミリグラムスケール分離

3.魏小均：第48回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム若手奨励賞
「単一構造単層カーボンナノチューブ光学異性体の光学特性」
“Optical Properties of Optical Isomer of Single-Chirality SWCNTs”

論文発表
1. "Self-assembled oleamide layer applied for cathode buffer layer of bulk heterojunction solar cells based on PTB7:PC₇₁BM"
Tatsuki Yanagidate, Koudai Kiriishi, Shunjiro Fujii, Hiromichi Kataura, and Yasushiro Nishioka, Jpn. J. Appl. Phys. 55 (2016) pp.02BF02-1-7.

2. "Metallization of single-wall carbon nanotube thin films induced by gas phase iodination"
A.A. Tonkikh, V.I. Tsebro, E.A. Obraztsova, K. Suenaga, H. Kataura, A.G. Nasibulin, E.I. Kauppinen, E.D. Obraztsova, Carbon 94 (2015) pp. 768-774. (DOI:10.1016/j.carbon.2015.07.062)

3. "Simultaneous Chirality and Enantiomer Separation of Metallic Single-Wall Carbon Nanotubes by Gel Column Chromatography"
T. Tanaka, Y. Urabe, T. Hirakawa, and H. Kataura, Anal. Chem. 87 (2015) pp. 9467-9472. (DOI:10.1021/acs.analchem.5b02563)

4. "Exciton splitting in semiconducting carbon nanotubes in ultrahigh magnetic fields above 300 T"
D. Nakamura, T. Sasaki, W. Zhou, H. Liu, H. Kataura, and S. Takeyama, Phys. Rev. B 91 (2015) pp. 235427-1-7. (DOI:10.1103/PhysRevB.91.235427)

5. "Experimental analysis of coherent supercontinuum generation and ultrashort pulse generation using cross-correlation frequency resolved optical gating (X-FROG)"
A. Okamura, Y. Sakakibara, E. Omoda, H. Kataura, and N. Nishizawa, J. Opt. Soc. Am. B 32 (2015) pp. 400 - 406. (DOI:10.1364/JOSAB.32.000400)

6."Bulk Heterojunction Organic Solar Cells Fabricated Using the Push Coating Technique"
S. Kobayashi, D. Kaneto, S. Fujii, H. Kataura and Y. Nishioka, J. Chinese Adv. Mater. Soc. 3 (2015) pp. 1 -8. (DOI:10.1080/22243682.2014.977821)

7. [Open Access]"Relative Ordering between Bright and Dark Excitons in Single-walled Carbon Nanotubes"
Weihang Zhou, Daisuke Nakamura, Huaping Liu, Hiromichi Kataura & Shojiro Takeyama, Scientific Reports 4 (2014) pp. 6999 (1-6). (DOI:10.1038/srep06999)

8. "Optical Isomer Separation of Single-Chirality Carbon Nanotubes Using Gel Column Chromatography"
Huaping Liu, Takeshi Tanaka, and Hiromichi Kataura, Nano Lett. 14 (2014) pp. 6237 - 6243. (DOI:10.1021/nl5025613)

9. "Air-stable high-efficiency solar cells with drytransferred single-walled carbon nanotube films"
Kehang Cui, Anton S. Anisimov, Takaaki Chiba, Shunjiro Fujii, Hiromichi Kataura, Albert G. Nasibulin, Shohei Chiashi, Esko I. Kauppinen and Shigeo Maruyama, J. Mater. Chem. A 2(2014) pp. 11311 - 11318. (DOI:10.1039/c4ta01353k)

10. "Ultrafast Generation of Fundamental and Multiple-order Phonon Excitations in Highly-Enriched (6,5) Single-Wall Carbon Nanotubes"
Yong-Sik Lim, Ahmad R. T. Nugraha, Sung-Jae Cho, Min-Young Noh, Eun-Jin Yoon, Huaping Liu, Ji-Hee Kim, Hagen Telg, Erik H. Haroz, Gary D. Sanders, Sung-Hoon Baik, Hiromichi Kataura, Stephen K. Doorn, Christopher J. Stanton, Riichiro Saito, Junichiro Kono, and Taiha Joo, Nano Lett. 14 (2014) pp. 1426 - 1432. (DOI:10.1021/nl404536b)

11. "pH- and Solute-Dependent Adsorption of Single-Wall Carbon Nanotubes onto Hydrogels: Mechanistic Insights into the Metal/Semiconductor Separation"
Atsushi Hirano, Takeshi Tanaka, Yasuko Urabe, and Hiromichi Kataura, ACS NANO 7 (2013) pp. 10285-10295. (DOI: 10.1021/nn4046776)

12. "Exciton-phonon bound complex in single-walled carbon nanotubes revealed by high-field magneto-optical spectroscopy"
Weihang Zhou, Tatsuya Sasaki, Daisuke Nakamura, Hiroaki Saito, Huaping Liu, Hiromichi Kataura, and Shojiro Takeyama, Appl. Phys. Lett. 103 (2013) pp. 233101-1-4. (DOI: 10.1063/1.4837415)

13. "In situ X-ray diffraction observation of two-step fullerene coalescence in carbon peapods"
C. Bousige, S. Rols, E. Paineau, S. Rouziere, C. Mocuta, H. Kataura and P. Launois, EPL 103 (2013) pp. 66002-p1-p6. (DOI: 10.1209/0295-5075/103/66002)

14. "Self-Assembled Micro-Honeycomb Network of Single-Walled Carbon Nanotubes for Solar Cells"
Kehang Cui, Takaaki Chiba, Shuichiro Omiya, Theerapol Thurakitseree, Pei Zhao, Shunjiro Fujii, Hiromichi Kataura, Erik Einarsson, Shohei Chiashi, and Shigeo Maruyama, J. Phys. Chem. Lett. 4 (2013) pp. 2571 - 2576. (DOI: 10.1021/jz401242a)

15. "Internal charge transfer in metallicity sorted ferrocene filled carbon nanotube hybrids"
Markus Sauer, Hidetsugu Shiozawa, Paola Ayala, Georgina Ruiz-Soria, Xianjie Liu, Alexander Chernov, Stefan Krause, Kazuhiro Yanagi, Hiromichi Kataura, Thomas Pichler, Carbon 59 (2013) pp. 237 - 245. (DOI: 10.1016/j.carbon.2013.03.014)

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