カーボンナノチューブを前駆体としたガス吸蔵体の開発と評価

以碳纳米管为前驱体的储气材料的开发与评价

基本信息

批准号：
14750019
负责人：
竹延大志
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、新たな発想のもとで実用に耐えうる性能を有するガス吸蔵材料の開発と評価である。具体的には、カーボンナノチューブ内のナノスケールの空間を利用して、さらに一桁小さいオングストロームの空間を意図的に作りこみ、ガスを物理的相互作用が最も働く距離に閉じ込め強い相互作用を働かせる。空間の作りこみは、チューブ内にさらに物質(有機分子)を詰め込むことによって行う。まず、昨年度はカーボンナノチューブ内に物質を内包させる方法を確立し、各種リニアアセン類(Anthracene, Tetracene, Pentacene)、Tetracyano-p-quinodimethane(TCNQ)、Tetrathiafullvalene(TTF)など10種類以上の分子を内包させたカーボンナノチューブの合成に成功した。さらにX線(シンクロトロン放射光を含む)回折、電子顕微鏡、ラマン分光法などを用いて、その構造を明らかにした。本年度は、これらの材料に対してガス吸蔵特性を明らかにしたが、残念ながら得られた結果はC60を内包した材料と同じく、中の空間へのガス吸蔵は達成されなかった。この事を逆手にとって考えると、これらの材料内の空間はガスさえも入り込めない閉じた空間である事を意味しており興味深い。そこで、上記様々な分子を内包した分子の物性を明らかにした。その結果、ある種の分子を用いるとカーボンナノチューブと有機分子の間でホールもしくは電子の両極性電荷移動が生じる事が見出された。さらに、ガスさえも入り込めない空間のため、通常大気中不安定な電子をドープしたn型材料も大気中安定であった。これにより、有機分子を内包したカーボンナノチューブがデバイス材料として有望である事を見出す事が出来た。

本研究的目的是基于新的想法开发和评估具有可承受实际使用性能的储气材料。具体来说，通过利用碳纳米管内的纳米级空间，我们有意创建一个小一个数量级的埃空间，将气体限制在物理相互作用最有效的距离，并产生强相互作用。该空间是通过将更多物质（有机分子）装入管中而形成的。首先，去年我们建立了一种将物质封装在碳纳米管内的方法，我们封装了10多种分子，包括各种线性并苯（蒽、并四苯、并五苯）、四氰基对醌二甲烷（TCNQ）和四硫富瓦烯（ TTF）成功合成了碳纳米管。此外，利用X射线（包括同步辐射）衍射、电子显微镜和拉曼光谱揭示了结构。今年，我们明确了这些材料的储气性能，但遗憾的是，获得的结果与含有C60的材料相似，并没有实现内部空间的储气。考虑到这一点，很有趣，因为这意味着这些材料内部的空间是一个甚至气体都无法进入的封闭空间。因此，我们阐明了包含上述各种分子的分子的物理性质。结果发现，当使用某些分子时，碳纳米管和有机分子之间会发生空穴或电子的双极电荷转移。此外，由于即使是气体也无法进入该空间，通常在大气中不稳定的掺杂电子的n型材料在大气中也是稳定的。结果发现，含有有机分子的碳纳米管有希望作为器件材料。