その場観測核磁気共鳴法による機能性ナノ空間中のゲストの構造と電子状態の研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12640570
• Research Institution: Okazaki National Research Institutes
• Principal Investigator: 緒方 啓典 岡崎国立共同研究機構, 分子科学研究所, 助手 (10260027)
• Keywords: 核磁気共鳴分光法 / 機能性ナノ空間 / 単層カーボンナノチューブ

Research Abstract

単層カーボンナノチューブ集合体の大きな特徴は、均一性の高い事実上無限遠長の2種類のマイクロ孔(チューブ内、チューブ間)を持ち、その特異的な表面構造により各種原子、分子との間に特徴的な相互作用ポテンシャルを形成する点にある。本研究では、機能性ナノ空間を有する物質として、単層カーボンナノチューブを取り上げ、試料の細孔構造と熱処理による細孔構造の変化について、77Kにおける窒素ガス吸着等温線測定及びXeガスを吸着させた単層ナノチューブ試料のその場観測^<129>Xe-NMR測定により明らかにした。その結果、適切な熱処理により、チューブ先端のキャップに穴を空け、チューブ内のナノ空間に各種原子分子を内包させることが出来ることが明らかとなった。さらに、上記の方法で細孔構造の評価を行った良質の試料について、十分に高純度の水素ガスを用いて水素吸着等温線を調べることにより、チューブ固有の水素吸着特性を明らかにした。又、近年、単層カーボンナノチューブは電子材料としての可能性が指摘され、世界中の多くの研究グループによりその電子状態に関する研究が繰り広げられているが、本研究では、様々な条件で単層カーボンナノチューブ集合体及びアルカリ又はハロゲンをドープした単層カーボンナノチューブ集合体の合成を行い、それらの試料について100Kかから5Kの温度領域における^<13>C-NMRスピン-格子緩和時間測定を行い、ドーピング量に伴う極低温における電子状態の変化及び、Raman散乱における伸縮振動モードと電子状態の対応付けを世界で初めて行った。その結果、ドープした単層カーボンナノチューブ集合体の電子状態は、rigid band的な描像が比較的良く成り立つ系であることを明らかにした。

Research Products

• [Publications] S.Fujiki 他: "Structure and Raman Scatterings of C_<s3>C_<60> under High Pressure"Physical Review. B62. 5366-5369 (2000)
• [Publications] Y.Maruyama 他: "Structures and magnetic properties of high-temperature reaction products of ceriummetal and C_<60> solid"Solid State Communications. 115. 463-466 (2000)