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

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14750019
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 竹延 大志 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (70343035)
• キーワード: カーボンナノチューブ / ガス吸蔵 / 水素吸蔵 / 内包カーボンナノチューブ / ドーピング

研究概要

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。

研究成果

• [文献書誌] T.Takenobu, M.Shiraishi, A.Yamada, M.Ata, H.Kataura, Y.Iwasa: "Hydrogen storage in C_<70> encapsulated single-walled carbon nanotube"Synthetic Metals. 135-136. 787-788 (2003)
• [文献書誌] M.Shiraishi, T.Takenobu, M.Ata: "Gas-solid interactions in the hydrogen/single-walled carbon nanotube system"CHEMICAL PHYSICS LETTERS. 367(5-6). 633-636 (2003)
• [文献書誌] T.Takenobu, T.Takano, Y.Iwasa, M.Shiraishi, M.Ata: "Synthesis of organics/SWNT compounds"AIP Conference Proceeding. 685. 77-81 (2003)
• [文献書誌] T.Takenobu, T.Takano, M.Shiraishi, Y.Murakami, M.Ata, H.Kataura, Y.Achiba, Y.Iwasa: "Stable and controlled amphoteric doping by encapsulation of organic molecules inside carbon nanotubes"Nature Materials. 2. 683-688 (2003)