熱フィラメントCVD法による金属内包フラーレンの合成

热丝CVD法合成内嵌金属富勒烯

基本信息

批准号：
16750115
负责人：
岡崎俊也
金额：
$ 2.18万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

(1)熱フィラメントCVD法を用いて、フラーレンを合成することに成功した。従来、フラーレンは、減圧下の不活性ガス雰囲気中において、炭素および金属触媒を用い、直流アーク放電やレーザー蒸発をすることによって、合成されていた。しかし、これらの方法では原料に比較的高価なグラファイトを用い、また生産量も限られているため、それらに代わる安価な大量合成法が望まれていた。トルエンなどの有機溶媒を燃やす燃焼法によって、フラーレン合成が行われているが、この方法では金属などを内包した金属内包フラーレンを合成することは難しい。このように従来法では困難であった、合成効率のよい、安価なフラーレン、カーボンナノチューブ合成法として、熱フィラメントCVD法を開発した。この方法では、低圧下の有機溶媒蒸気中で金属フィラメントを通電加熱して、有機分子を熱分解し、フラーレンを合成した。そして、HPLCによる分離を試み、C60のバルク量生成を確認した。(2)金属内包フラーレンやカーボンナノチューブからの発光過程を蛍光測定装置を用いて調べた。特に、CVD法およびレーザー蒸発法で合成されたSWNTsについて、広範囲に(直径0.8-1.4nm)その発光特性を調べた。これによって明らかになったSWNTの発光特性として以下の3点があげられる。(1)タイプIに分類される半導体SWNTsの発光強度はタイプIIのそれよりも大きい(2)カイラル角が30°に近づくほど発光強度は強くなる(3)ジグザグナノチューブの発光が観測されない。そして、理論モデルと詳細に比較・検討した。また、電子顕微鏡観測により割り出した直径分布とも比較した。その結果、0.3nm以上の直径分布幅をもつSWNTsについて、発光マップから構造分布を求める場合には特に注意が必要であることがわかった。直径の細いSWNTsが優先的に溶液中に溶かされるためである。

(1)采用热丝CVD法成功合成了富勒烯。传统上，富勒烯是通过直流电弧放电或激光蒸发使用碳和金属催化剂在惰性气体气氛下在减压下合成的。然而，由于这些方法使用相对昂贵的石墨作为原料并且产量有限，因此需要一种廉价的大规模合成方法来替代它们。富勒烯是通过燃烧甲苯等有机溶剂的燃烧法合成的，但使用该方法很难合成含有金属的内嵌金属富勒烯。通过这种方式，我们开发了热丝CVD方法作为一种高效且廉价的合成富勒烯和碳纳米管的方法，这是使用传统方法难以实现的。在该方法中，在低压下在有机溶剂蒸气中对金属丝进行电加热，以热分解有机分子并合成富勒烯。然后我们尝试通过 HPLC 进行分离并确认了批量 C60 的产生。 (2)利用荧光测量装置研究了内嵌金属富勒烯和碳纳米管的发光过程。特别是，我们研究了通过 CVD 和激光蒸发合成的单壁碳纳米管在较宽范围（直径 0.8-1.4 nm）内的发光特性。本研究揭示的SWNT的发光特性可列举以下三点。 (1) I型半导体单壁碳纳米管的发射强度高于II型。 (2) 当手性角接近30°时，发射强度变强。 (3) 没有观察到锯齿形纳米管的发射。然后我们将结果与理论模型进行了详细的比较和检验。我们还比较了通过电子显微镜测定的直径分布。结果发现，对于直径分布宽度为0.3 nm以上的SWNT，根据发射图确定结构分布时必须特别小心。这是因为直径较小的单壁碳纳米管优先溶解到溶液中。

项目成果

期刊论文数量（18）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

化学フロンティア(15)「ナノカーボン」第18章ピーポッド:合成,評価とデバイス応用

化学前沿（十五）《纳米碳》第十八章 Peapod：合成、评价及器件应用

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
影响因子：
0
作者：
K.Iwasaki;S.Hino;D.Yoshimura;B.Cao;T.Okazaki;H.Shinohara;岡崎俊也
通讯作者：
岡崎俊也

Photoluminescence Mappings of "As-Grown" Single-Walled Carbon Nanotubes : A Comparison with Micelle-Encapsulated Nanotube Solutions

“生长的”单壁碳纳米管的光致发光图：与胶束封装的纳米管解决方案的比较

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
Nano Lett. 5
影响因子：
0
作者：
T.Okazaki;T.Saito;K.Matsuura;M.Yumura;S.Iijima;et al.
通讯作者：
et al.

Fabrication and Characterization of Peapod Field-Effect Transistors Using Peapods Synthesized Directly on Si Substrate

使用直接在硅衬底上合成的豆荚的豆荚场效应晶体管的制造和表征

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
J.Jpn.Appl.Phys. 44
影响因子：
0
作者：
Y.Kurokawa;Y.Ohno;T.Okazaki;H.Shinohara;T.Mizutani;et al.
通讯作者：
et al.

カーボンナノチューブからのバンド間発光

碳纳米管的带间发射

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
New Diamond 80
影响因子：
0
作者：
T.Okazaki;T.Saito;K.Matsuura;M.Yumura;R.Saito;S.Iijima;et al.;岡崎俊也
通讯作者：
岡崎俊也

Purification and characterization of double-wall carbon nanotubes synthesized by catalytic chemical vapor deposition on mesoporous silica

DOI：
10.1016/j.cplett.2005.11.018
发表时间：
2006-02
期刊：
Chemical Physics Letters
影响因子：
2.8
作者：
P. Ramesh;T. Okazaki;T. Sugai;J. Kimura;N. Kishi;Ken-ichi Sato;Yuji Ozeki;H. Shinohara
通讯作者：
P. Ramesh;T. Okazaki;T. Sugai;J. Kimura;N. Kishi;Ken-ichi Sato;Yuji Ozeki;H. Shinohara