熱フィラメントCVD法による金属内包フラーレンの合成

• 研究課題/領域番号: 16750115
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 機能物質化学
• 研究機関: 独立行政法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 岡崎 俊也 独立行政法人産業技術総合研究所, ナノカーボン研究センター, 主任研究員 (90314054)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2005
• 研究課題ステータス: 完了 (2005年度)
• 配分額: 3,400千円 (直接経費: 3,400千円); 2005年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円); 2004年度: 2,400千円 (直接経費: 2,400千円)
• キーワード: 熱フィラメントCVD / 金属内包フラーレン / カーボンナノチューブ / 発光スペクトル / ピーポッド / FET

研究概要

(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。

研究成果

• [雑誌論文] Photoluminescence and Population Analysis of Single-Walled Carbon Nanotubes produced by CVD and Pulsed-Laser Vaporization Methods (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Okazaki, T.Saito, K.Matsuura, M.Yumura, R.Saito, S.Iijima, et al.
  • 雑誌名: Chem.Phys.Lett. 420 ページ: 286-290
• [雑誌論文] カーボンナノチューブからのバンド間発光 (2006)
  • 著者名/発表者名: 岡崎俊也
  • 雑誌名: New Diamond 80 ページ: 28-28
• [雑誌論文] Entrapping of Exohedral Metallofullerenes in Carbon Nanotubes : (CsC60)n@SWNT Nano-Peapods (2005)
  • 著者名/発表者名: B.-Y.Sun, K.Suenaga, T.Okazaki, S.Iijima, H.Shinohara, et al.
  • 雑誌名: J.Am.Chem.Soc. 127 ページ: 17972-17973
• [雑誌論文] Purification and characterization of double-wall carbon nanotubes synthesized by catalytic chemical vapor deposition on mesoporous silica (2005)
  • 著者名/発表者名: P.Ramesh, T.Okazaki, K.Sato, Y.Ozeki, H.Shinohara, et al.
  • 雑誌名: Chem.Phys.Lett. 418 ページ: 404-408
• [雑誌論文] Photoluminescence Mappings of "As-Grown" Single-Walled Carbon Nanotubes : A Comparison with Micelle-Encapsulated Nanotube Solutions (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Okazaki, T.Saito, K.Matsuura, M.Yumura, S.Iijima, et al.
  • 雑誌名: Nano Lett. 5 ページ: 2618-2623
• [雑誌論文] Fabrication and Characterization of Peapod Field-Effect Transistors Using Peapods Synthesized Directly on Si Substrate (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Kurokawa, Y.Ohno, T.Okazaki, H.Shinohara, T.Mizutani, et al.
  • 雑誌名: J.Jpn.Appl.Phys. 44
  • NAID: 10016856747
• [雑誌論文] Single Molecular Orientation Switching of Endohedral Metallofullerene. (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Yasutake, Z.Shi, T.Okazaki, H.Shinohara, Y.Majima
  • 雑誌名: Nano Lett. 5 ページ: 1057-1060
• [雑誌論文] Ultraviolet photoelectron spectroscopy of multiple atoms encapsulated fullerenes (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Hino, K.Iwasaki, T.Okazaki, H.Shinohara, et al.
  • 雑誌名: J.Electron Spectroscopy and Related Phenomena 144-147 ページ: 239-242
• [雑誌論文] CVD Growth of Single-Walled Carbon Nanotubes with Narrow Diameter Distribution over Fe/MgO Catalyst and Their Fluorescence Spectroscopy (2005)
  • 著者名/発表者名: H.Ago, S.Imamura, T.Okazaki, T.Saito, M.Yumura, M.Tsuji
  • 雑誌名: J.Phys.Chem.B 109 ページ: 10035-10041
• [雑誌論文] ピーポッドの合成とその電子物性 (2005)
  • 著者名/発表者名: 岡崎俊也
  • 雑誌名: 顕微鏡 40 ページ: 75-78
  • NAID: 10016620232
• [雑誌論文] CVD Growth of Single-Walled Carbon Nanotubes with Narrow Diameter Distribution over Fe/MgO Catalyst and Their Fluorescence Spectroscopy (2005)
  • 著者名/発表者名: H.Ago, S.Imamura, T.Okazaki, T.Saito, M.Yumura, M.Tsuji
  • 雑誌名: J.Phys.Chem.B (印刷中)
• [雑誌論文] Selective Chemical Vapor Deposition Synthesis of Double-Wall Carbon Nanotubes on Mesoporous Silica (2005)
  • 著者名/発表者名: P.Ramesh T.Okazaki R.Taniguchi, J.Kimura, T.Sugai K.Sato, Y.Ozeki, H.Shinohara
  • 雑誌名: J.Phys.Chem.B 109(3) ページ: 1141-1147
• [雑誌論文] Synthesis of carbon nanotube peapods directly on Si substrates (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Ohno, Y.Kurokawa, S.Kishimoto, T.Mizutani T.Shimada, M.Ishida, T.Okazaki, H.Shinohara, Y.Murakami, S.Maruyama, A.Sakai, K.Hiraga
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 86 ページ: 23109-23109
• [雑誌論文] Tunable Field-Effect Transistors Device with Metallofullerene Nanopeapods (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Shimada, Y.Ohno, K.Suenaga, T.Okazaki, S.Kishimoto, T.Mizutani R.Taniguchi, H.Kato, B.-P.Cao, T.Sugai, H.Shinohara
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 44(1A) ページ: 469-472
  • NAID: 10014323156
• [雑誌論文] Ultraviolet Photoelectron Spectra of Tb@C_<82> (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Iwasaki, N.Wanita, S.Hino, D.Yoshimura, T.Okazaki, H.Shinohara
  • 雑誌名: Chem.Phys.Lett. 398(4-6) ページ: 389-392
  • NAID: 110002222700
• [雑誌論文] Ultraviolet Photoelectron Spectra of Ti_2@C_<80> (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Iwasaki, S.Hino, D.Yoshimura, B.Cao, T.Okazaki, H.Shinohara
  • 雑誌名: Chem.Phys.Lett. 397(1-3) ページ: 169-173
• [図書] 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 (2005)
  • 著者名/発表者名: 岡崎俊也
  • 総ページ数: 213
  • 出版者: 化学同人
• [図書] Applied Physics of Nanotubes : Fundamentals of Theory, Optics and Transport Devices, Chap.4.1 "Nano-Peapods Encapsulating Fullerenes" (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Okazaki, H.Shinohara
  • 総ページ数: 347
  • 出版者: Springer-Verlag