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横浜国大と東北大と筑波大など、リチウムイオン内包フラーレン合成の最大収率を計算機シミュレーションで予測

2018/1/11 15:00
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発表日:2018年1月11日

リチウムイオン内包フラーレン合成収率向上に道

-計算機シミュレーションで予測し、実験的に確認-

横浜国立大学の大野かおる教授は、東北大学(權垠相准教授ら)、筑波大学(山田洋一講師)とイデア・インターナショナル(株)(笠間泰彦代表ら)と共同で、NEDOの計算機支援の新炭素材料開発課題の一貫として、リチウムイオン内包フラーレン合成の最大収率を計算機シミュレーションで予測し、プラズマシャワー法による実験で検証しました。これにより、合成収率の大幅な向上に道が開かれ、有機太陽電池などへの産業応用に向けての研究が加速されることが期待されます。本研究成果は、国際学術雑誌Nanoscaleに2018年1月8日20時(日本時間)にオンライン掲載されました。

【研究成果】

炭素原子60個からなるサッカーボール型のC60フラーレン分子にリチウムイオンを打ち込み、リチウムイオン内包フラーレンを合成する最大収率を計算機シミュレーションで予測し、実験的に検証した。最大収率は、電圧30Vでリチウムイオンを加速する場合4%であり、10Vの場合に銅(100)表面に吸着することなどにより、収率をさらに向上できる可能性を示した。これにより、リチウムイオン内包フラーレン合成収率の大幅な向上に道が開かれた。本研究は、NEDOと同時に、東北大学学際研究重点プログラムと同大の未来科学技術共同研究センター産業連携促進研究プロジェクト「原子内包フラーレン ナノバイオトロニクスの創成」(美齊津文典教授)との連携による成果でもある。

【計算・実験手法】

世界唯一の独自の第一原理計算技術「全電子混合基底法注(1)」を用いたスーパーコンピュータによる計算機シミュレーションを様々な衝突速度、角度、位置に対して繰り返すことにより、収率を理論予想した。また、プラズマシャワー法注(2)でリチウムイオンを照射し、リチウム7の固体核磁気共鳴注(3)により、リチウムイオン内包フラーレンの収率を実験的に検証した。これにより、現状の合成収率と異なり、大幅な向上が可能であることが明らかになった。

【社会的な背景】

リチウムイオン内包フラーレンは2010年に合成が開始されてから、高効率有機太陽電池材料に期待される他、高いイオン電導性を示し、ディールス・アルダー反応を起こしやすいため、修飾基をつけてドラッグ・デリバリに使用することなどが期待されている重要な新物質であるが、産業応用の加速のためには、その合成収率の向上が課題となってきた。

【今後の展開】

本研究により合成収率の向上が可能であることが明らかになったことで、今後リチウムイオン内包フラーレンを用いた研究が加速され、産業応用への道が開かれると期待される。

※以下は添付リリースを参照

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

添付リリース

http://release.nikkei.co.jp/attach_file/0468049_01.pdf

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