純正カーボンナノチューブの完全化学合成

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カーボンナノチューブは稀少金属などを一切含まない炭素原子のみから構成され、高い機械的強度・電気伝導性・超電導性など様々な機能を持つため非常に注目されている次世代マテリアルである。1991年に飯島らによって発見されて以来世界中で研究されているが、直径・長さ・構造を制御した純粋なカーボンナノチューブ合成は未だ達成されておらず、学術的に大きなインパクトを与えるだけでなく産業界において強く望まれている技術である。有機化学的なビルドアップによる、分子式として表せる純正カーボンナノチューブの完全化学合成を目標として研究を行った。我々はすでにアームチェア型カーボンナノチューブの最短骨格であるシクロパラフェニレンの直径選択的な自在合成法の開発に成功している。また、シクロパラフェニレンこの側面構造と直径という「情報」が埋め込まれていると考え、テンプレートとすることでそれぞれに対応するカーボンナノチューブを合成できると予想した。そこで様々な合成法と詳細な条件を検討した結果、シクロパラフェニレンに対して減圧条件下でエタノールと反応させることによってカーボンナノチューブの生成が確認された。透過型電子顕微鏡観察やラマン分光法などによって合成したカーボンナノチューブを評価したところ、用いるシクロパラフェニレンのサイズに近い直径分布が観測されており、この事実もシクロパラフェニレンがテンプレートとして働いていることを示唆している。また、高温下でのシクロパラフェニレンの高温下での挙動の調査することで、新たなカーボンナノチューブの生成機構についての提唱も行なっている。いまだ収量など改善の余地が残るものの、これらの結果は選択的なカーボンナノチューブの自在合成法に向けた重要な一歩といえる。