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Hosei University 
Faculty of Bioscience and Applied Chemistry 
Department of Chemical Science and Technology 

Professor 
TAKAI Kazuyuki 


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Update:2018/10/15 

Career
Tokyo Institute of Technology  Department of Chemistry  Research Associate  2001/04/01-2007/03/31 
Tokyo Institute of Technology  Department of Chemistry  Assistant Professor  2007/04/01-2013/03/31 
Hosei University  Department of Chemical Science and Technology  Associate Professor  2013/04/01-2016/03/31 
Hosei University  Department of Chemistry  Professor  2016/04/01-Present 

Academic background
Tokyo Institute of Technology  Faculty of Science  Department of Chemistry  1996/03/31  Graduated 
Tokyo Institute of Technology  Graduate School, Division of Science and Engineering  Department of Chemistry  Doctor prophase  1998/03/31  Completed 
Tokyo Institute of Technology  Graduate School, Division of Science and Engineering  Department of Chemistry  Doctor later  2001/03/31  Completed 

Academic degrees
Doctor of Science  Tokyo Institute of Technology  2001/03/26 

Licenses and qualifications
高等学校教諭専修免許状(理科)  2001/01/11 

Research Areas
Condensed Matter Physics and Chemistry 
Functional Material Chemistry 

Research keywords
Magnetism 
Electron Transport 
Surface Science 
Catalyst 
Physical Chemistry on Bio-system 

Achievements of funded, joint or endowed research
Investigation of optical and structural properties of one- and two-dimensional nanocarbons functionalized by photoactive organic molecules  Naoki Komatsu  2017-2019  Funded research  International joint research 
Clarification of novel magnetic switching phenomena in oxygen-adsorbed nanographite  Kazuyuki Takai  Vladimir Osipov  2017-2018  Joint research  International joint research 
Investigation of Magnetic Properties of Detonation Nanodiamond  2015-2018  Endowed Research  Research commisioned by company 
Magnetic interactions in the system of edge-localized spins in nanographene derived from nanodiamonds  Kazuyuki Takai  Vladimir Osipov, Artur Dideykin, Aleksandr Aleksenskii, Fedor Shakhov, Toshiaki Enoki, Masaki Ozawa, Manabu Kiguchi, Sintaro Fujii  2012-2014  Funded research  International joint research  The synthesis method toward high quality nanographene samples were established through the growth on nanodiamond surface, where oxygen-introduced graphene system was found as the promising candidate for functional materials. 
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Research Projects (Competitive Research Funds)
磁気的評価を用いたグラフェンおよびグラフェン誘導体の触媒活性の解明  Science research expense  基盤研究(C)  法政大学  2016/04/01-2019/03/31 
自己集積的手法による原子膜複合体の形成  Science research expense  新学術領域研究(研究領域提案型)  法政大学  2014/04/01-2016/03/01 
グラフェンにおける界面相互作用を用いた新規伝導性・反応性の探究  Science research expense  基盤研究(C)  東京工業大学, 法政大学  2013/04/01-2016/03/01  グラフェンの蜂の巣格子の位相幾何学的特徴に由来した特異の電子構造を持ち,その電子物性は端や欠陥の導入などの格子の位相幾何学的変調に大きく依存する.本研究ではこのグラフェンと異種物質との間の界面相互作用を解明することにより,新たな伝導性や反応性などの電子的機能性を示す物質設計を行うことを目的とする.今年度はグラフェン・欠陥導入グラフェン・端の割合の多いナノグラフェンと酸素・水素・銅・有機分子膜との複合系に着目して,界面相互作用の詳細およびその構造・電子物性への影響を調べた.1.グラフェンに欠陥および端部位の量を制御しながら導入し,磁場中電気伝導,Raman・X線分光による評価を行い,欠陥や端の量が増えるに従ってフェルミエネルギー付近の局在状態が増大すること,欠陥(端)構造の種類の違いによりキャリアの散乱が異なることを明らかにした.2.ナノグラフェンに酸素を導入することにより,特異な酸素スピンとエッジ状態スピンによる反強磁性ダイマーが形成し,これが低エネルギーの電磁波(マイクロ波)によっても高スピン-低スピン状態がスイッチすることを見出した.3.水素分子や有機分子など弱いファンデルワールス的相互作用しか示さないと考えらえるゲスト物質との界面においても,グラフェンとの間で電荷移動が生じることを電気伝導・Raman分光測定により示した.4.高温高圧合成によりナノグラフェン-銅ナノ粒子の複合体を合成し,磁性・磁場中電子輸送により評価を行ったところ,エッジ状態スピンと銅の伝導s電子との相互作用は非常に小さいことがわかった. 
Physical chemistry of nanographene edges:edge states and their electronic and magnetic functions  Science research expense  特別推進研究  東京工業大学  2008/06/04-2013/03/04  The electronic structure of nanographene crucially depends on the edge geometry. This is a consequence of the boundary condition of the massless Dirac fermion in physics, while it can be understood on the basis of aromaticity in chemistry. We investigated the role of edge geometry in the electronic structure using STM/STS, AFM, Raman scattering, NEXAFS and magnetic and transport investigations. It is found that nonbonding edge state, which is sensitive to edge chemistry details, is created in the zigzag edges, while electron wave interference contributing to the electronic stability takes place in the armchair edges. 
炭素ナノ空間で発現する特異な電子・磁気機能物質  Science research expense  特定領域研究  東京工業大学  2007-2011  ナノグラファイトの3次元無秩序ネットワークからなる多孔性炭素、活性炭素繊維を用い以下の実験を行った。(1)活性炭素繊維ナノポアへのHCl、HNO_3の吸着に伴うエッジ状態スピンの挙動の変化を調べた。酸化力のないHClの吸着では、吸着によって凝集したHCl分子の機械的な力でナノグラファイトが押しつぶされ、エッジ状態スピン間に強い反強磁性相互作用が働くことが明らかとなった。酸化力のある濃HNO_3の吸着では、最初、HNO_3分子はナノグラファイト最表面のナノグラフェンに吸着して電荷移動相互作用をし、次のステップでは、ナノグラフェン・シート間にHNO_3は入り込んで電荷移動を行う。その結果、HNO_3吸着に伴う2段階のエッジ状態スピン濃度の変化が観測された。薄HNO_3の吸着では最初ナノグラファイト最表面のナノグラフェンとの電荷移動が起こり、その後、共存する水分子によりHNO_3はブロックされてナノグラフェン層間には入り込むことができず、HCl同様にナノボアへの凝集分子(HNO_3,H_2O)による機械的な力が磁性の変化をもたらすことが明らかとなった。(2)端をスルホン化したナノグラフェンからなる活性炭素繊維を作製し、水吸着の吸着等温線と磁化率の測定を行った。スルホン化ナノグラファイト系では、無処理ナノグラファイトに比べて、水吸着は低蒸気圧から進行し、明確な水吸着の閾蒸気圧は確認できなかった。磁化率から求めた磁気モーメントは水吸着により減少することが明らかとなった。この減少は無処理ナノグラファイト系に比べ、はるかに大きく、スルホン化によって端の親水性が増加したものと思われる。 
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Bibliography
産業応用を目指した無機・有新材料創製のため構造解析技術  米澤徹、陣内浩司(監修)  "4章走査プローブ顕微鏡によるグラファイトグラフェンの解析"  シーエムシー出版  2015/08/12  978-4781310701 
「ナノ炭素材料:基礎と応用」  尾上 順, 大澤映二, 松尾 豊, 高井和之, 榎 敏明, 石橋幸治, 本間芳和  4章"グラフェン"  近代科学社  2012/06/27  978-4764950252 
Carbon-based magnetism  F. Palacio and T. Makarova (ed.)  "Unconventional magnetic properties of nanographite",  Elsevier, Amsterdam  2006/03/16  978-0-444-51947-4 
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Papers
Research paper (scientific journal)  Joint  Highly intensive emission of the NV- centers in synthetic HPHT microdiamonds at low nitrogen doping  K. V. Bogdanov, M. V. Zhukovskaya, V. Yu. Osipov, E. V. Ushakova, M. A. Baranov, K. Takai, A. Rampersaud, and A. V. Baranov  APL Materials  6, 086104  2018  10.1063/1.5045535 
Research paper (scientific journal)  Joint  Dry Microwave Heating Enables Scalable Fabrication of Pristine Holey Graphene Nanoplatelets and Their Catalysis in Reductive Hydrogen Atom Transfer Reactions  K. Savaram, M. Li, K. Tajima, K. Takai, T. Hayashi, G. Hall, E. Garfunkel, V. Osipov, and H. He  Carbon  139, 861-871  2018  10.1016/j.carbon.2018.07.047 
Research paper (scientific journal)  Joint  Study of the Optical Properties of CdZnSe/ZnS-Quantum Dot-Au-Nanoparticle Complexes  D. Volgina, E. Stepanidenko, T. K. Kormilina, S. A. Cherevkov, A. Dubavik, M. A. Baranov, A. P. Litvin, A. V. Fedorov, A. V. Baranov, K. Takai, P. S. Samokhvalov, I. R. Nabiev, and E.V. Ushakova  Optics and Spectroscopy  124, 494-500  2018  10.1134/S0030400X18040185 
Research paper (scientific journal)  Joint  Reduction of 2-nitrophenol using a hybrid C-Ni nanocomposite as a catalyst  J. Ko, J. Li, A. Suzuki, K. Takai, W. Ko  Micro and Nano Letters  13, 1310-1314  2018  10.1049/mnl.2018.0171 
Identifying quasi-free and bound nitrate ions on the surfaces of diamond nanoparticles by IR and x-ray photoelectron spectroscopy  V. Yu. Osipov, N. M. Romanov, F. M. Shakhov, and K. Takai  J. Opt. Tech.  85, 122-129  2018  10.1364/JOT.85.000122 
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Research presentations
Public discourse, seminar, tutorial, course, lecture and others  Electronic and Thermal Conductance of Graphene as fundamental structure of Carbon Materials  炭素材料学会10月セミナー基礎講座  2018/01/26  URL 
Oral presentation(invited, special)  Host-Guest Interactions in Graphene  25th Polychar  2017/09/09 
Oral presentation(keynote)  Host-Guest Interactions in Graphene (Key note)  The third International Graphene Forum  2016/04/14 
Public discourse, seminar, tutorial, course, lecture and others  Fundamentals of SPM Measurement and its application for Graphene and Graphite  October Seminar of the Carbon Society of Japan  2014/10/17 
Oral presentation(invited, special)  Interface Effect on the Electronic Properties of Graphene  New Diamond and Nano Carbons Conference 2014  2013/05/19 
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Intellectual property rights
Patent  自己触媒能を有する炭素系水素貯蔵材料、その製造方法、その化合物を用いる水素の吸蔵方法及び水素の放出方法、及び水素吸蔵用デバイス  2016-169558  2016/08/31 
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Prizes
The Carbon Society of Japan Award  The research on the Electronic Properties of Graphene by Topological and Chemical modification  2012/11 
Challenging Research Award of Tokyo Institute of Technology  Development of new functional materials by using Graphene Host-Guest systems  2012/09 
Young Scientist Award of the Physical Society of Japan  Tuning Electronic Properties of Graphene by Chemical modification of Edges  2010/03 
Nakamura Award of Tejima Foundation  Magnetic Potassium Clusters in a Nanographite Host System  2008/02 
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Alloted class
Introduction of Applied Chemisty 
Molecular Spectroscopy 
Physical Chemistry II 
Material Design Chemisty 
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Textbooks and teaching materials
理工系大学 基礎化学実験 (講談社サイエンティフィク)  2008/11 
プロフェッショナル英和辞典スペッドテラ(物質・工学編)  2004/07 
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Memberships of academic societies
The Physical Society of Japan  1998/06-Present 
The Chemical Society of Japan  2005/03-Present 
The Fullerenes, Nanotubes and Graphene Research Society  2003/01-Present 
The Carbon Society of Japan  2009/01-Present 
The Japan Society of Applied Physics  2010/01-Present 
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Committee Career
The Carbon society of Japan  Co Editor in Chief of Journal of the Carbon Society of Japan  2017/04/01-Present 
The Carbon Society of Japan  Editorial board member of Journal of the Carbon Society of Japan  2009/01-2017/03/31 
The Physical Society of Japan  Division Committee member  2008/05/01-2009/04/30 
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