炭素一次元ナノ空間に対するイオンの協奏的吸着機構の解明

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これまでの予備的な実験により、炭素性不純物や構造欠陥をほとんどもたない高純度の単層カーボンナノチューブ(SWCNT)に臭化ルビジウムを吸着させた際、ルビジウムイオンに比べ臭化物イオンが過剰に吸着する現象を見出した。SWCNT表面はπ電子が豊富に存在するため、アニオンを選択的に吸着することは困難であると予想されるが、上記の結果はそのような予想に反しており、その吸着メカニズムは全く未知である。本研究では、高純度のSWCNTに対するアニオンの選択吸着を決める因子および吸着メカニズムを明らかにすることを目的とした。XAFS測定の結果、SWCNTに臭化物イオンがルビジウムイオンに比べ10倍以上過剰に吸着していることがわかった。また、XPS測定、吸着前後の臭化ルビジウム水溶液のpH変化の検討を行った結果、臭化物イオンが吸着する際、水中のプロトンが電荷バランスを保持するために共吸着することがわかった。また，SWCNTのチューブ内部のみの細孔構造評価及び分子の吸着状態を評価できる手法を開拓した。SWCNTはチューブ内部に様々な分子やイオンを吸着することができる。しかし，SWCNTはバンドルと呼ばれる束状の構造を形成しており、チューブ内部だけでなく、チューブ外やチューブ間にも分子やイオンを吸着できるため、チューブ内部に吸着した分子やイオンのみの状態について議論することが困難であった。そこで、SWCNTの末端を精密に制御する手法を確立し、閉孔・開孔処理したSWCNTの吸着等温線の差をとることにより、チューブ内部のみの細孔構造評価及び分子の吸着状態を評価できることを明らかにした。