金属性/半導体性単層カーボンナノチューブの分離に関する研究

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研究目的:単層カーボンナノチューブ(SWNTs)は、カイラリティの違いにより金属性と半導体性のものが混在している。それらを分離し、それぞれのSWNTsを利用したデバイス研究が注目を集めている。本研究では、芳香族アミンである1-アミノピレン(1-AP)のSWNTsへの吸着特性の違いから、金属性SWNTsと半導体性SWNTsを分離するとともに、SWNTsに吸着した1-APの蛍光からSWNTs表面への1-APの吸着状態を明らかにすることを目的とする。研究方法:酸処理したSWNTs(Ac-SWNT)を1-AP溶液に加え、超音波処理を行う。この懸濁液を濾過し、得られたサンプルをAp-SWNTとする。金属性/半導体性SWNTsの分離を確かめるために、Ac-SWNTとAp-SWNTのUV-Vis-NIR吸収スペクトル、ラマンスペクトル測定を行った。さらに、それぞれのSWNTsへの1-APの吸着特性を調べる為に、1-AP水溶液にSWNTsを分散させ、蛍光スペクトル測定を行った。1-APの吸着特性を調べることによって、金属性/半導体性SWNTの分離メカニズムを考察する。研究成果:UV-Vis-NIR吸収スペクトル、ラマンスペクトル測定により、Ap-SWNTはAc-SWNTに比べて半導体性SWNTsがリッチであり、分離ができていることを確認できた。蛍光スペクトル測定においても、明確な変化が生じた。Ac-SWNT表面に吸着した1-APはカチオン種の蛍光のみを示したが、Ap-SWNTに吸着した1-APはカチオン種の他にπ-stacking種の蛍光を示した。1-APのカチオン種は、SWNTs表面のカルボキシル基との相互作用により生じた。Ac-SWNTの方がAp-SWNTに比べて分散性が高いのにも関わらず、カチオン種の蛍光しか示さないという結果は、この他にアミノ基とSWNTsの相互作用している種が存在すると推測できる。つまり、アミノ基とSWNTsの相互作用の有無によって、分離ができたと考えられる。