Creation of chemical reaction system induced by twisting carbon nanotube ropes

通过扭转碳纳米管绳诱导化学反应系统的创建

基本信息

批准号：
22K04876
负责人：
内海重宜
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Suwa University of Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

単層カーボンナノチューブ（SWCNT）から成る弾性ロープを捻じる時になされる機械的エネルギーの一部は摩擦熱に変換されることが予測される。一方，SWCNTのナノ細孔場は，超高圧効果とナノ空間を持つ。これら摩擦熱・高圧・ナノ空間を利用して，SWCNTロープを捻じるだけで化学反応を誘発し，SWCNT内部でナノスケール材料が簡便に合成できるシステムを開発する研究課題である。SWCNTロープのみを大気中で捻じり，その構造の時間変化をフーリエ変換型赤外分光高度計（FT-IR）で測定したところ，ケトン基（C=O）に帰属されるピークが時間とともに大きくなることが観測され，SWCNTロープ試料を捻るだけでSWCNTが酸化していることが分かった。SWCNTの酸化には最低でも300-400℃が必要であることから，SWCNTロープを捻じるだけで高温が得られることが示された。1,2-エポキシシクロヘキサン（ECH）と蒸留水とアセトンを混合した溶液を添加したSWCNTロープ試料を，アルゴンで満たしたグローブボックス内の捻じり試験機にセットし，500 rpmの回転速度で捻じった。捻った前後のSWCNTロープ試料についてFT-IRスペクトルを測定した。捻り前はECH，H2O，アセトンに帰属されたるスペクトルであったが，捻り後のスペクトルは明らかに変化し1,2-シクロヘキサンジオール（CHD）に近いスペクトルが観測された。捻った後のSWCNTロープをアセトンに浸し抽出した白い粉体はCHDのIRスペクトルを示したため，SWCNTロープの捻りによりECHをCHDに化学反応させることに成功したと考えられる。

可以预期，扭动由单壁碳纳米管（SWCNT）制成的弹性绳时产生的机械能将转换为摩擦热。另一方面，SWCNT的纳米孔场具有超高的压力效应和纳米空间。该研究主题是开发一种使用这些摩擦热，高压和纳米空间的系统，简单地通过扭动SWCNT绳索来诱导化学反应，并允许在SWCNT内易于合成纳米级材料。当SWCNT绳索在大气中扭曲并使用傅立叶变换红外光谱仪（FT-IR）测量其结构中的时间变化时，观察到，分配给酮基组（C = O）的峰会随时间增加，并且发现SWCNT仅通过扭转SWCNT ROPE样品而被氧化了。由于SWCNT的氧化至少需要300-400°C，因此可以简单地通过扭动SWCNT绳索获得高温。将含有1,2-环氧环己烷（ECH），蒸馏水和丙酮溶液的SWCNT绳样品添加到SWCNT绳索样品中，该样品将其放置在装有氩气的杂物盒中的扭转测试仪中，并以500 rpm的旋转速度扭曲。在扭曲之前和之后，测量了SWCNT绳索样品的FT-IR光谱。在扭曲之前，将频谱分配到ECH，H2O和丙酮，但是在扭曲之后，频谱明显更改，并且观察到接近1,2-循环的频谱（CHD）。扭曲后，通过将SWCNT绳浸入丙酮中提取的白色粉末显示了冠心病光谱，并且认为SWCNT绳索能够与CHD化学反应。