新規ナノカーボン材料(PAH)の電子物性と高容量新型リチウムイオン電池への応用

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15350114
• 研究機関: 長崎総合科学大学
• 研究代表者: 山辺 時雄 長崎総合科学大学, 工学研究科・学長, 教授 (80025965)
• キーワード: ナノカーボン / グラフェン構造 / リチウムイオン電池 / 水素貯蔵

研究概要

グラファイトの炭素平面の一部であるグラフェンシートの大きさがナノオーダー(1〜3nm)であり、端が水素で終端されたものの集合体で、炭素に対する水素の比(H/C)が平均0.05〜0.5のものをナノカーボン材料(PAH)という。本研究では新しい物性を有する新規ナノカーボン材料を分子設計し、それを作製することにある。本年度はまず種々のアセン状グラフェンの電子物性に関係するバンドギャップΔE(HOMO-LUMO)を求めるとともに、温度の影響を考慮して、振電相互作用も調べた。いくつかのアセン分子については分子性超伝導を示す可能性を指摘し、それらの超伝導温度Tcを理論的に見積もった。
また、Li、H2との相互作用について検討しLiがインターカレートした新規ナノカーボン材料にはH2がよく吸収されることを見出した(山邊)。この分子設計を参考にキシレン樹脂やピッチを原料としてこの新規ナノカーボン材料の作製を行った。この材料にLiでインターカレートさせることによって、高容量化を試み、従来のものより格別に多い容量をもつことを見出した。
さらにこの材料の構造を明らかにするために種々の物性測定を行ったが、特にTEM写真をとり、鮮明な画像が得られた。これは世界で初めて。アモルファスナノカーボンの部分的規則性を直後の観測によって見出したものである(藤井)。さらにホトニツクス材料用の新規カーボン材料の分子設計と物性測定も行った(吉野)また、異原子注入として、Beが特別にこれらナノカーボンによくインターカレートすることを見出すとともに、このC-Be系がH2吸着には極めて有効な電子状態と構造を持つことを理論的に予測し、これについての実験的検討も考慮中である。

研究成果

• [文献書誌] Takahashi Kato, Tokio Yamabe: "The relationships between the electronic structures and the normal and inverse isotope effects in the electron-phonon interactions in charged cubane"THE JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS. 119・11. 5680-5689 (2003)
• [文献書誌] Takahashi Kato, Tokio Yamabe: "Electron-Phonon Interactions in the monoanions of fluoroacenes"THE JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS. 119・21. 11318-11328 (2003)
• [文献書誌] Takahashi Kato, Tokio Yamabe: "Electron-phonon interactions in charged cubic fluorocarbon cluster, (CF)_8"The JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS. 120・2. 1006-1016 (2004)
• [文献書誌] Takahashi Kato, Tokio Yamabe: "Electron-intramolecular-vibration interactions in positively charged phenanthrene-edge-type hydrocarbons"THE JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS. 120・7. 3311-3322 (2004)
• [文献書誌] Takahashi Kato, Tokio Yamabe: "Inverse isotope effects and electron-phonon coupling in the positively charged deutero- and fluoroacenes"THE JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS. 120・16. 7659-7672 (2004)
• [文献書誌] Takahashi Kato, Tokio Yamabe: "Electron-phonon interactions and possible supercoductivity in charged hydrocarbons"THE JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS. (印刷中). (2004)
• [文献書誌] Tokio Yamabe: "The Structural Analysis of Various Hydro-Graphene Species"Synthetic Metal. 119・11. (2004)
• [文献書誌] Takahashi, Kato, Tokio Yamabe: "Recent Research Developments in Quantum Chemistry"Transworld Research Network(6月出版予定). (2004)
• [文献書誌] Takahashi Kato, Tokio Yamabe: "Recent Research Developments in Physical Chemistry"Transworld Research Network(6月出版予定). (2004)