【材料】フラスコで簡単に合成できるナノチューブの作製に世界で初めて成功

フラスコで簡単に合成できるナノチューブの作製に世界で初めて成功

−パーツの組み換えで性質のコントロールが可能な新材料の開発−

国立大学法人 京都大学（松本 紘　総長）の研究グループは、
財団法人 高輝度光科学研究センター（ＪＡＳＲＩ）との共同研究により、
選択的な分子の取り込みが可能な半導体ナノチューブを作製することに成功しました。
これは、京都大学の北川 宏　教授および大坪 主弥　研究員らによる研究成果です。

活性炭やゼオライトに代表される吸着剤は、分子を取り込み吸着する役割を果たす物質であり、
物質内部に多数の小さな穴（細孔）を有することから「多孔性物質注１）」と呼ばれています。
最近では、活性炭やゼオライトに比べて高いガス選択吸着性を示す「多孔性金属錯体」が
高効率分離・濃縮機能を有する多孔性物質として注目され、第３の多孔性材料として
世界中で研究開発が進められています。
他方、カーボンナノチューブ注２）は、その導電性や高い耐久性から電子デバイス材料への
応用が進められていますが、最近では内部にナノメートル（１０億分の１メートル）サイズの細孔
を持つことから吸着剤としての応用も期待される物質です。
しかし、カーボンナノチューブは高温（１０００℃以上）を必要とするその作製法が原因で、
サイズや形状を制御することが困難でした。

今回、上記研究グループは、金属イオンや有機分子からなる金属錯体をパーツとして
組み上げるボトムアップ法注３）に着目し、対角方向の直径がおよそ１．５ｎｍで形状が
完全に揃ったナノチューブを室温下で合成することに世界で初めて成功しました。
このナノチューブは、内部に細孔を持っており、水やアルコールといった蒸気を選択的に取り込む
機能を持つことが分かりました。
さらに、この物質は半導体的な性質を示し、構成要素を組み替えることによって、
その電子的性質を幅広くコントロールできることも分かりました。

以上の研究成果は、多孔性材料を用いた新しいセンサー材料や電子デバイスとしての
応用につながることが期待されます。

なお、本研究は、独立行政法人 科学技術振興機構（ＪＳＴ） 戦略的創造研究推進事業
チーム型研究（ＣＲＥＳＴ）の研究領域「ナノ界面技術の基盤構築」における研究課題
「錯体プロトニクスの創成と集積機能ナノ界面システムの開発」（研究代表者：北川 宏　教授）
の一環として、また大型放射光施設ＳＰｒｉｎｇ−８注４）の利用研究課題として行われたものです。

本研究成果に関する原著論文は、２０１１年２月２７日（英国時間）に英国科学雑誌
「Ｎａｔｕｒｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」のオンライン速報版で公開される予定です。

>>2　以降に続く

▽　ソース　京都大学 科学技術振興機構（ＪＳＴ）　高輝度光科学研究センター（ＪＡＳＲＩ） 共同発表
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20110228/
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20110228/icons/zu2.gif

▽　関連報道　京都新聞
http://www.kyoto-np.co.jp/environment/article/20110228000022

>>1　の続き

研究の背景

物質内部に無数の細孔を有する「多孔性材料」と呼ばれる物質は、
その細孔内に分子を取り込んで吸着する性質を持つことで注目され、
古くから盛んに研究が行われてきました。内部にナノメートルサイズの
細孔を持つことで知られるカーボンナノチューブも多孔性材料の１つですが、
カーボンナノチューブは分子を取り込む能力だけではなく、
その導電性や高い耐久性から、エレクトロニクスなどの機能性材料への
応用が期待されている物質です。しかし、カーボンナノチューブを作製するには
黒鉛を放電やレーザーで１０００℃以上に加熱し蒸発させたりする必要があり、
チューブのサイズや形状、そして性質を精密に制御し作製することが非常に困難でした。
近年、新しい多孔性材料として金属イオンと有機分子を用いたボトムアップ法により
生成する多孔性配位高分子（ＰＣＰ：Ｐｏｒｏｕｓ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ｐｏｌｙｍｅｒ）が
注目を浴びています。
これらは従来の多孔性材料に比べて高い空隙率や結晶性を有していて、
さらには設計性や物質群としての多様性にも優れており、
細孔のサイズ、形状、性質だけでなく物質の安定性なども構成要素（パーツ）となる
金属イオンや有機分子を組み換えることによってコントロールすることができるという
大きな特徴を持っています。

研究の内容

本研究では、新しい多孔性のナノチューブの作製法として、図１に示すように、
金属イオンと有機分子からなる金属錯体をパーツとして用い、
望みの構造に組み上げるボトムアップ法に着目しました。
白金イオン（Ｐｔ２＋）と４，４’ビピリジン、エチレンジアミンから構成された
一辺がおよそ１ｎｍの正方形状の金属錯体とヨウ素を室温で反応させたところ、
正方形状の金属錯体がヨウ素を介してつながった四角柱状のナノチューブの作製に
成功しました。単結晶Ｘ線結晶構造解析注５）を行うことで、対角方向の直径がおよそ
１．５ｎｍの内細孔を持つナノチューブの構造を決定できました（図２）。
作製直後のナノチューブには細孔内に大量の水分子が取り込まれていますが、
大型放射光施設ＳＰｒｉｎｇ−８におけるＸ線吸収微細構造注６）の測定から、細孔内の
水分子を全て取り除いてもナノチューブは壊れずに安定に存在していることが明らかになりました。

次に、細孔内の水分子を取り除いたナノチューブをさまざまなガス分子の蒸気にさらしたところ、
水やアルコールの分子は取り込まれるのに対して、
窒素や二酸化炭素の分子は取り込まれていませんでした（図３）。
また、紫外可視吸収スペクトル注７）測定から、このナノチューブは半導体材料として
知られるシリコンより低いバンドギャップ注８）を持つ半導体であることが分かりました。
さらに、外気の湿度を変化させたり、ナノチューブのパーツをヨウ素から臭素や塩素などに変えて
作製したりすることで、バンドギャップの大きさを連続的に変化させられる性質があることも分かりました。

今後の展開

本成果は、(1)基礎面、(2)応用面の両方において大きな波及効果が期待されます。
(1)ナノチューブ状の物質の作製はこれまでに多くの研究例があるものの、
カーボンナノチューブの例を除き、ガス分子の取り込みや電子的な性質について議論された
研究例はありませんでした。
本研究ではボトムアップ法を駆使した形状の整った多孔性のナノチューブ作製法を示しただけではなく、
そのガス分子の取り込みや電子的な性質を詳細に明らかにすることに成功したと言えます。
(2)本研究で得られた多孔性ナノチューブは、内部の細孔にさまざまな分子を選択的に取り込む機能を
持っているだけでなく、半導体としての性質も併せ持っています。
さらには湿度の変化や構成要素の組み換えによりその性質を大きく変えることもできます。
これらの性質を用いることでガス分子に対して敏感に応答するセンサー材料や、化学的なドーピング注９）
処理により電導性をコントロールすることで、ガス吸着能と導電性を併せ持つ新たな
多機能電子デバイスへの応用につながることが期待されます。

続きます。

>>2　の続き

図１　ボトムアップ法を用いたナノチューブの作製
四角形型の金属錯体とヨウ素の反応から、四角柱型のナノチューブが生成する。
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20110228/icons/zu1.gif

図２　単結晶Ｘ線結晶構造解析により明らかになったナノチューブの構造
（図１）で示した反応から、想定したナノチューブが組み上がっていることが分かる。
図中において白金はオレンジ色、ヨウ素は紫色、窒素は青色、炭素は灰色で示してある。
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20110228/icons/zu2.gif

図３　得られたナノチューブのガスの取り込みの様子
水（赤色）、メタノール（青色）、エタノール（緑色）の分子の吸着量はガスの蒸気圧とともに
増加し、これらの分子がナノチューブ内に取り込まれていることが分かる。
一方の、窒素（オレンジ色）は全く取り込まれていない。
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20110228/icons/zu3.gif

※ソースに用語解説が有りますので御参照下さい。

以上、依頼を受けて立てました。

シナチョンの大学院留学生に注意しろ！！
また盗むぞ。セキュリティ甘い日本の大学よ！！！

分子モデルを見る限り強度が弱そうなんだが

>>5
電気特性を狙ったり、中に何か入れる用途なら、強度弱くても問題無いだろ

>>6
強度ってのは、分解しやすさの話じゃね？

最終的に焼き固めた時に分解しちゃったりなｗ
どこまで室温下でいけるんだろう

ナノチューブというのはカーボンナノチューブに限定しない一般名詞なんだな。
図を見るまでカーボンナノチューブのことだと勘違いしていたから、
文章の意味がさっぱり判らなかったｗ

しかしここまでいったら電気的特性も測定しろよ、と思うんだが、
スペクトル測定で終わらしてるあたり芳しくないんだろうな。

うん、
ナノチューブといってもCNTの他に金属酸化物系、界面活性剤の自己組織化によるチューブ状組織など色々あるからね。
作り方も色々あるし。
北川先生の錯体で作る構造で出来たということは新しいけど、これはアクチュエーターのような用途に使えるかもしれないな。

プラチナ使い過ぎ

>>9
Cellの最新号
細菌でも使うみたい
Intercellular Nanotubes Mediate Bacterial Communication

http://www.cell.com/abstract/S0092-8674(11)00016-X
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=YKhnHjEd-3s

これで自作コンドームが作れる！！



俺童貞だけど。

ガス吸着と導電性ってたらセンサー類くらいしか思いつかん

炭素だけじゃなくてもいろいろと筒構造をつくる方法はあるということかいな
おもしろそー

>>14
ナノサイズなのかよｗ

吸い込んだら塵肺みたいにならないのかな

日に日に魔法に近付いていくなｗ

量子力学的特性を持つ
ナノチューブも
細菌も

チューブワームか。

これ何が素晴らしいって
まずは価格が目に付くけど他にも、
カーボン以外でもナノチューブが進展してること
自在性、日本人が発見したクロスカップリングを使用、
南関東ガス田に大量にあるヨウ素を使用することという
全く以って喜ばしいことばかり。

今後の進展が大いに期待される所です。

>>17
吹いたｗｗｗ

100年後には高校の理科実験とかになったりするのかな〜。

>>24
遥か手前で淘汰されてるよ

昨晩、ソーメン茹でてた嫁が
カーボンナノチューブを生成してた。