| 研究課題/領域番号 |
24241038
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 研究機関 | 信州大学 |
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研究代表者 |
金子 克美 信州大学, エキゾチック・ナノカーボンの創成と応用プロジェクト拠点, 特別特任教授 (20009608)
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| 研究分担者 |
TERRONES M 信州大学, エキゾチック・ナノカーボンの創成と応用プロジェクト拠点, 特別特任教授 (20597877)
CRUZ Rodolfo 信州大学, エキゾチック・ナノカーボンの創成と応用プロジェクト拠点, 准教授 (30597878)
伊藤 努武 千葉大学, 分析センター, 特任助教 (40586822)
TRISTAN F 信州大学, エキゾチック・ナノカーボンの創成と応用プロジェクト拠点, 研究員 (40597879)
藤森 利彦 信州大学, エキゾチック・ナノカーボンの創成と応用プロジェクト拠点, 准教授 (60586824)
南 太規 信州大学, エキゾチック・ナノカーボンの創成と応用プロジェクト拠点, 助教 (20642060)
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| 研究期間 (年度) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| キーワード | 超高圧効果 / ナノ細孔分子場 / カーボンエッジ原子 / 吸着 / 金属物性 / ナノチューブ / 高圧合成反応 / 化学活性 |
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| 研究概要 |
希少金属の代替の化学の展開をカーボンの特性を活用して推進する目的のため、強力なナノ細孔場を有するカーボンナノ空間は物質系に対して1万気圧なみの超高圧圧縮効果があること、グラフィティックカーボンの端原子および欠陥部位は基底原子と異なる化学活性を有すると期待できること、カーボンは金属ナノ粒子の安定化を起こすことなどを利用して、新たな化学活性を有するナノ構造カーボンを開発できれば、本目的を遂げることができる。
これら目的にそって、表面増強ラマン散乱法によってカーボン基底面上の欠陥構造を解明する方法に端緒をひらいた。単層カーボンナノチューブ(SWCNT)と二層カーボンナノチューブ、硫黄の創成、を利用して、今まで以上に極端な超高圧効果を明らかにした。硫黄は90万気圧以上の加圧によって一次元的な硫黄原子鎖が二次元に広がり、金属特性を示すことが知られている。本研究によって完全一次元硫黄鎖結晶をナノチューブ空間に大気圧以下で創成できた。これらは極低温からの電気伝導度測定、高分解能透過電子顕微鏡観察、シンクロトロンX線回折等から証明できた。これは著しい超高圧圧縮効果であり、今後更に発展させる必要がある。SWCNTあるいはスリット型細孔を有する活性炭素繊維を利用して、高圧有機合成反応が大気圧下で進行するかを検討し、フタロシアニン合成では大量合成に成功した。またナノチューブバンドルに端原子類似構造を創出するためにナフタレン系分子をドープして、端原子リッチモデル細孔構造を創製し物性を検討した。その結果、Mott転移とみられる特殊な電子状態が実現できた可能性がある。カーボンナノチューブを触媒にて開裂させ、端原子をリッチナノカーボンを大量に創製する手法を検討した。また、メソ細孔性カーボン中に端原子を有するナノリボンを創製する手始めに、カーボンアエロジェルのメソ細孔に有機分子を導入し、その状態を検討した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
90万気圧以上に及ぶ超高圧圧縮効果がカーボンナノチューブ系で明らかになり、硫黄を金属化できた。また、有用なフタロシアニンの高圧合成経路をナノ細孔を活用して常圧下で大量合成することに成功した。端原子リッチカーボンの簡易創製法を開発した。他にもメソ細孔系について予備的な構造解析・物性解析を開始した。これらのことから、端原子リッチな細孔系への展開に進める状況になった。ただし、これらの成果の学術誌への発表が遅れている。
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| 今後の研究の推進方策 |
化学活性と端原子との役割との関係を明確にしていく必要があるので、これまでの研究経験を活用して活性の尺度として硫黄原子鎖創製反応、高圧有機合成、C1化学反応を中心として進める。より詳細に述べると、バルク状態ではS8のリング構造をとる硫黄のS-5直線状高分子化反応活性、1万気圧印加が必要なフタロシアニン結晶合成反応活性、CH4の分解反応活性をナノ空間とナノ空間内の端原子を制御して検討する。
研究結果の学術誌への迅速発表については引き続き努力を払うが、得られた成果が著しいために、それに対応するようなレベルの高い学術誌への掲載は、印刷発表に至るまでに、時間を要するという問題がある。従って、研究結果別に投稿する学術誌を分けながら対応する。
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