2001 年度実績報告書

発光法によるフラーレンおよびナノチューブ生成過程の直接観測

研究課題

研究課題/領域番号	12740317
研究機関	名古屋大学
研究代表者	岡崎俊也名古屋大学, 大学院・理学研究科, 助手 (90314054)
キーワード	金属内包フラーレン / 高速ビデオ観測 / EELS / カーボンナノチューブ / TEM / peapod
研究概要	(1)金属内包フラーレンをドープした単層ナノチューブ(SWNT)を合成することに世界で初めて成功した。ガドリニウム金属内包フラーレン(Gd@C_<82>)を含んだSWNTの走査トンネル分光測定を行ったところ、半導体SWNTのバンドギャップがナノメートルスケールで変化していることがわかった。これはこの物質が量子ドットをもつナノワイヤーとして非常に有望であることを示している。また、ナノスケールのサンプルセルとしても有用であることも実験的に示した。例えば、Gd@C_<82>をドープしたSWNTを透過型電子顕微鏡(TEM)観測すると内包されているGd原子ひとつひとつを見ることができる。さらに、化学反応のダイナミクスをリアルタイム観測することにも成功した。これら一連の研究は国内外で高く評価され、日本化学会年会、アメリカ電気化学会年会などで依頼講演を行った。 (2)これまでよく合成・研究されている金属内包フラーレンのほとんどは、ランタン原子など、内包原子からフラーレンへと電子が3個移動するものであった。これに対し我々は、それら典型的な金層内包フラーレンとは異なった電子構造を持つ、サマリウム(Sm)やチタン(Ti)を内包した金属フラーレンの合成、単離に、世界で初めて成功し、EELS等を用いてその電子状態を系統的に調べた。これらの研究結果から、Sm,Ti内包フラーレンでは中心原子から移動する電子が2個以下であることを明らかにした。ここで単離されたSm,Ti内包フラーレンは様々なバンドギャップを持っており、特にSm@C_<78>はギャップが0.5eVしかなく、これまで単離されているフラーレンのなかで最も小さいバンドギャップをもつことがわかった。さらに、金属内包フラーレンの電子構造のフラーレンケージ依存性を定性的に説明できる熱化学サイクルモデルを提唱した。 (3)パルスアーク放電法によるカーボンナノチューブ生成過程を吟味した。具体的には高速ビデオカメラによって、ナノチューブ合成現場を時間分解観察し、放電パルス幅依存性を調べた。その結果によると、ナノチューブの収率のよい条件(パルス幅3ミリ秒程度)では、温度の高い炭素クラスターの雲が比較的長い間(数百ミリ秒)存在していた。これよりナノチューブの生成には数百ミリ秒の比較的遅いタイムスケールでの現象が重要であることがわかった。

研究成果
(7件)

すべてその他

すべて文献書誌 (7件)

[文献書誌] T. Okazaki, K. Suenaga, S. Iijima, H. Shinohara et al.: "Electronic and Geometric Structures of Metallofullerene Peapods"Physica B. (印刷中). (2002)
[文献書誌] J. Lee, T. Okazaki, H. Shinohara, Y. Kuk et al.: "Band Gap Modulation of Carbon Nanotubes by Encaptured Metallofullerenes"Nature. 415. 1005-1008 (2002)
[文献書誌] S. Bandow, T. Okazaki, H. Shinohara, S. Iijima et al.: "Smallest Limit of Tube Diameters for Encasing of Particular Fullerenes Determined by Radial Breathing Mode Raman Scattering"Chem. Phys. Lett.. 347. 23-28 (2001)
[文献書誌] B. Cao, T. Okazaki, K. Suenaga, H. Shinohara et al.: "EELS and ^<13>C-NMR Characterization of Pure Ti_2@C_<80> Metallofullerene"J. Am. Chem. Soc.. 123. 9679-9680 (2001)
[文献書誌] T. Okazaki, K. Suenaga, S. Iijima, H. Shinohara et al.: "Real Time Reaction Dynamics in Carbon Nanotubes"J. Am. Chem. Soc.. 123. 9673-9674 (2001)
[文献書誌] K. Hirahara, T. Okazaki, H. Shinohara, S. Iijima et al.: "Electron Diffraction Study of One-Dimensional Crystals of Fullerenes"Phys. Rev. B. 64. 115420 (2001)
[文献書誌] 岡崎俊也, 篠原久典: "薄膜作製応用ハンドブック第10章カーボンナノストラクチャー"エヌ・ティー・エス(印刷中). (2002)

2001 年度 実績報告書

発光法によるフラーレンおよびナノチューブ生成過程の直接観測

研究代表者

岡崎 俊也 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 助手 (90314054)

研究成果

[文献書誌] T. Okazaki, K. Suenaga, S. Iijima, H. Shinohara et al.: "Electronic and Geometric Structures of Metallofullerene Peapods"Physica B. (印刷中). (2002)

[文献書誌] J. Lee, T. Okazaki, H. Shinohara, Y. Kuk et al.: "Band Gap Modulation of Carbon Nanotubes by Encaptured Metallofullerenes"Nature. 415. 1005-1008 (2002)

[文献書誌] S. Bandow, T. Okazaki, H. Shinohara, S. Iijima et al.: "Smallest Limit of Tube Diameters for Encasing of Particular Fullerenes Determined by Radial Breathing Mode Raman Scattering"Chem. Phys. Lett.. 347. 23-28 (2001)

[文献書誌] B. Cao, T. Okazaki, K. Suenaga, H. Shinohara et al.: "EELS and ^<13>C-NMR Characterization of Pure Ti_2@C_<80> Metallofullerene"J. Am. Chem. Soc.. 123. 9679-9680 (2001)

[文献書誌] T. Okazaki, K. Suenaga, S. Iijima, H. Shinohara et al.: "Real Time Reaction Dynamics in Carbon Nanotubes"J. Am. Chem. Soc.. 123. 9673-9674 (2001)

[文献書誌] K. Hirahara, T. Okazaki, H. Shinohara, S. Iijima et al.: "Electron Diffraction Study of One-Dimensional Crystals of Fullerenes"Phys. Rev. B. 64. 115420 (2001)

[文献書誌] 岡崎俊也, 篠原久典: "薄膜作製応用ハンドブック 第10章カーボンナノストラクチャー"エヌ・ティー・エス(印刷中). (2002)

2001 年度実績報告書

岡崎俊也名古屋大学, 大学院・理学研究科, 助手 (90314054)

[文献書誌] 岡崎俊也, 篠原久典: "薄膜作製応用ハンドブック第10章カーボンナノストラクチャー"エヌ・ティー・エス(印刷中). (2002)