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ごく最近、カーボンナノチューブに対する化学的アプローチが「可溶化」をキーワードとして急激に展開している。カーボンナノチューブのナノポアにフラーレンを内包することにより、フラーレンピーポッドという超分子が合成できる。本研究では、フラーレンピーポッド金属ポルフィリンが融合した超分子のデザイン・合成・電子機能解析を行うことを目的として研究を行った。得られた成果は以下の通りである。
直径が平均1.4nmのフラーレン内包カーボンナノチューブをピレンアンモニウムの水溶液で可溶化すると様々な形態のヘリカルナノチューブが形成された。Ab Initioにより、このような形態形成への理論的なアプローチを行った。種々のポルフィリン化合物がカーボンナノチューブの良好な可溶化剤であることを明らかにした。可溶化溶液では、ポルフィリンからカーボンナノチューブへのエネルギー移動が観測された。
金属が配位していないプロトポルフィリンが、C70フラーレン内包カーボンナノチューブをDMF中に透明分散させることを見出した。この分散溶液の電子顕微鏡写真から、フラーレン内包カーボンナノチューブのヘリカル構造体を含む多種の超構造体を形成することがわかった。この分散溶液をフィルターを用いてろ過し、集めたフィルター上の固体はDMF中に容易に再分散できることがわかった。ろ過後はポルフィリンの濃度は極めて希薄であるにも関わらず、フラーレン内包カーボンナノチューブを分散することが出来た。近赤外吸収スペクトルより、C70フラーレン内包カーボンナノチューブはバンドル状で分散されていることが示唆された。
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