常温合成フラーレンナノチューブの基礎的性質の解明と電極応用
【研究分野】ナノ材料・ナノバイオサイエンス
【研究キーワード】
フラーレンナノウィスカー / フラーレンナノチューブ / フラーレン / カーボン60 / 液-液界面析出法 / ラマン / 液-液法 / リチウムイオン電池 / 燃料電池 / ナノチューブ / 常温合成 / 電極
【研究成果の概要】
フラーレンナノチューブ(FNT)とは、C60やC70などのフラーレン分子からなる中空の単結晶ナノファイバーである。2001年に、本研究代表者は中空でないフラーレン分子から成る多結晶ナノファイバーであるフラーレンナノウィスカー(FNW)を発見した。FNWとFNTは、液-液界面析出法(液-液法)によって常温で合成することができる。FNTの合成は、典型的にはフラーレンのピリジン溶液とイソプロピルアルコールを用いた液-液法によって合成することができるが、再現性に問題があった。しかし、紫外光や可視光で照射したC60飽和ピリジン溶液を用いることによって、C60NTの合成再現性が著しく向上した。しかも、C60NTの収率は、C60NTに照射する光の波長に応じて変化することを発見した。特に、固体C60の吸収が弱い700nm程度の波長の光の照射によって、高い収率でC60NTが合成できることを見出した。C60NTとC70NTは合成したてのものは溶媒を含む六方晶であるが、乾燥により溶媒を失うと面心立方晶に変化することを発見した。面心立法構造のC60結晶においては、C60分子はファン・デル・ワールス結合によって緩く結合しているので、C60NTはトルエンなどの有機溶媒に溶解させて、C60分子を回収し、再利用することが可能となる。C60NTは半導体であり、C60NTを用いた電界効果トランジスタの合成も可能であることを見出した。さらに、多孔質アルミナ基盤を用いて、C60チューブを基盤に垂直に配向成長させる技術の確立に成功した。C60NTは熱処理によって、導電性の多孔質の非晶質カーボンナノチューブに変化することを見出した。熱処理したFNTは、燃料電池やリチウムイオン電池などの電極材料としての用途が期待される。
【研究代表者】