Boron-doped Nanographene: Lewis Acidity, Redox Properties, and Battery Performance

掲載論文
Shinichiro Osumi, Shohei Saito*, Chuandong Dou, Kyohei Matsuo, Keita Kume, Hirofumi Yoshikawa, Kunio Awaga, and Shigehiro Yamaguchi* , Chemical Science 2015, DOI: 10.1039/C5SC02246K
  • 分子の形状が明確に定まったホウ素ドープナノカーボンの精密合成は、ナノカーボン材料においてホウ素ドーピングが物性に与える影響を解明する上で重要である。 近年、我々は分子構造が一様に定まった二つのホウ素原子を中央にもつナノグラフェン分子の合成に成功している。 今回、ホウ素ドープナノグラフェンの物性および電子材料としての機能を明らかにするために、(1)ルイス酸性、(2)酸化還元挙動、(3)電池電極材料としての性能について詳細に検討を行った。 ホウ素ドープナノグラフェンはホウ素上の空の軌道に由来したルイス酸性をもち、様々なルイス塩基に対して化学吸着特性を示した。 また、それに応じて分子構造の大きな変化を伴い、吸収·蛍光特性は著しく変化した。特に、NH3ガスの化学吸着によるターンON発光特性は、アンモニアセンサーとしての展開が期待できる。 ホウ素ドープナノグラフェンの二電子還元により発生したジアニオン種は、基底三重項ビラジカルとしての性質を示した。 これは等電子構造であるナノグラフェン分子が基底一重項ビラジカルの性質をもつこととは対照的である。 コンパクトな末端置換基をもつホウ素ドープナノグラフェンを用いたリチウム電池電極は、1.5から4.0 Vの電圧範囲で、初期放電容量160 mAh g–1の安定な充放電特性を示した。 これらの結果は、ナノカーボン材料におけるホウ素ドーピングの影響について重要な知見を与えるものである。

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