| 研究概要 |
単層カーボンナノチューブ(SWCNT),単層カーボンナノホーン(SWCNH),ナノ細孔性配位高分子(MOF)の壁の柔らかさの特徴とそれら物質のナノ構造へのクリーンエネルギー貯蔵について研究した。上記物質以外のナノ細孔性カーボンも含めて超臨界水素吸着性を総合すると,室温での吸着量は1wt.%以下であるが,77K程度になると10wt.%程度のナノ構造炭素があること,吸着水素の密度は20Kでの液体水素密度に近いものもあることを明らかにした。硝酸と硫酸の混酸処理によりSWCNTのバンドル構造を制御すると0.7nm以下のウルトラミクロ孔が増え,水素吸着量がほぼ2倍にまで増加することを見出した。SWCNTについてはアルコールを吸着すると,チューブの同心方向の振動(RBM)が大きな影響をうけラマンバンドが高波数側にずれること,分子吸着がその振動に与える圧力効果は約1万気圧相当であることを発見した。モデルケースとして窒素分子の場合にナノスケールの曲率の符号が単分子層吸着構造にどのような影響を与えるかを検討し,曲率が負である内側チューブ表面上の窒素単分子層は,曲率が正である外側チューブ上の単分子層よりも長距離秩序性が優れていることを明らかにした。SWCNHのナノ細孔が電荷貯蔵能力に優れており,構造制御の仕方によってはスパーキャパシターとして有望であることが分かった。また,水素と重水素は古典的には同じ大きさであるが,分子量が小さいために低温では量子的振る舞いにより,重い重水素のほうが小さくなる。このために,40K程度では重水素の吸着量が5倍程度大きくなるMOFを見出し,その理論的根拠も示した。MOFについて2段階ゲート吸着を示す化合物を発見した。
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