Creation of chemical reaction system induced by twisting carbon nanotube ropes

通过扭转碳纳米管绳诱导化学反应系统的创建

基本信息

批准号：
22K04876
负责人：
内海重宜
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Suwa University of Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

単層カーボンナノチューブ（SWCNT）から成る弾性ロープを捻じる時になされる機械的エネルギーの一部は摩擦熱に変換されることが予測される。一方，SWCNTのナノ細孔場は，超高圧効果とナノ空間を持つ。これら摩擦熱・高圧・ナノ空間を利用して，SWCNTロープを捻じるだけで化学反応を誘発し，SWCNT内部でナノスケール材料が簡便に合成できるシステムを開発する研究課題である。SWCNTロープのみを大気中で捻じり，その構造の時間変化をフーリエ変換型赤外分光高度計（FT-IR）で測定したところ，ケトン基（C=O）に帰属されるピークが時間とともに大きくなることが観測され，SWCNTロープ試料を捻るだけでSWCNTが酸化していることが分かった。SWCNTの酸化には最低でも300-400℃が必要であることから，SWCNTロープを捻じるだけで高温が得られることが示された。1,2-エポキシシクロヘキサン（ECH）と蒸留水とアセトンを混合した溶液を添加したSWCNTロープ試料を，アルゴンで満たしたグローブボックス内の捻じり試験機にセットし，500 rpmの回転速度で捻じった。捻った前後のSWCNTロープ試料についてFT-IRスペクトルを測定した。捻り前はECH，H2O，アセトンに帰属されたるスペクトルであったが，捻り後のスペクトルは明らかに変化し1,2-シクロヘキサンジオール（CHD）に近いスペクトルが観測された。捻った後のSWCNTロープをアセトンに浸し抽出した白い粉体はCHDのIRスペクトルを示したため，SWCNTロープの捻りによりECHをCHDに化学反応させることに成功したと考えられる。

据预测，扭转由单壁碳纳米管（SWCNT）制成的弹性绳时产生的部分机械能会转化为摩擦热。另一方面，SWCNT的纳米孔场具有超高压效应和纳米空间。这项研究的目的是开发一种系统，利用这些摩擦热、高压和纳米空间，只需扭转单壁碳纳米管绳即可引发化学反应，并在单壁碳纳米管内轻松合成纳米级材料。当仅将SWCNT绳在大气中扭转并使用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)测量其结构的时间变化时，归因于酮基(C=O)的峰随时间变大。观察到仅通过扭转单壁碳纳米管绳样品就可以氧化单壁碳纳米管。由于单壁碳纳米管的氧化需要 300-400°C 的最低温度，因此研究表明，只需扭转单壁碳纳米管绳即可获得高温。将添加了1,2-环氧环己烷(ECH)、蒸馏水和丙酮的混合溶液的SWCNT绳样品放入充满氩气的手套箱中的扭转测试仪中，并以500rpm的旋转速度扭转。塔。测量了扭转前后 SWCNT 绳样品的 FT-IR 光谱。扭曲之前，光谱归属于ECH、H2O和丙酮，但扭曲之后，光谱发生明显变化，观察到接近1,2-环己二醇(CHD)的光谱。扭转后，将SWCNT绳浸泡在丙酮中，提取的白色粉末显示出CHD的红外光谱，表明SWCNT绳的扭转成功地将ECH化学反应为CHD。