(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カップ型ナノカーボンの製造方法であって、下記工程（Ａ）および下記工程（Ｂ）を含む製造方法。
（Ａ）２個以上のカップ型ナノカーボンが、前記カップの高さ方向に積層することにより構成されたカップスタック型カーボンナノチューブを準備する工程
（Ｂ）前記カップスタック型カーボンナノチューブの還元処理により、前記カップスタック型カーボンナノチューブから前記カップ型ナノカーボンを分離する工程
【請求項２】
前記カップ型ナノカーボンは、グラフェンシートから形成されており、前記カップ型ナノカーボンのカップ上部およびカップ底部は開口しており、前記カップ型ナノカーボンの内径および外径は、前記カップ底部から前記カップ上部に向かって連続的に大きくなっており、
前記カップスタック型カーボンナノチューブの隣接する２つの前記カップ型ナノカーボンにおいて、一方のカップ型ナノカーボンの前記カップ上部開口に、他方のカップ型ナノカーボンの前記カップ底部が、嵌入（インサート）されることにより、前記両カップ型ナノカーボンが前記カップ高さ方向に積層されている、請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
前記（Ｂ）工程において、前記還元処理が、還元剤を用いた処理である請求項１または２記載の製造方法。
【請求項４】
前記還元剤の酸化還元電位が、飽和カロメル電極の電位を基準（０Ｖ）として−０．５Ｖ以下である、請求項３記載の製造方法。
【請求項５】
前記還元剤が、有機還元剤である、請求項３または４記載の製造方法。
【請求項６】
前記有機還元剤が、芳香族アニオンである、請求項５記載の製造方法。
【請求項７】
前記有機還元剤が、置換基を有するアルカリ金属ナフタレニドおよび置換基を有しないアルカリ金属ナフタレニドの少なくとも一方である、請求項５または６記載の製造方法。
【請求項８】
前記有機還元剤が、ナトリウムナフタレニドである、請求項５から7のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項９】
前記有機還元剤が、置換基を有するジヒドロピリジンダイマーの光励起活性種および置換基を有しないジヒドロピリジンダイマーの光励起活性種の少なくとも一方である、請求項５記載の製造方法。
【請求項１０】
前記有機還元剤が、１，１’−ジベンジル−３，３’−ジカルバモイル−１，１’，４，４’−テトラヒドロ−４，４’−ビピリジン（BNA2）の光励起活性種である、請求項５または９記載の製造方法。
【請求項１１】
前記（Ｂ）工程において、有機溶媒中で前記還元剤による処理を行う、請求項３から１０のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記（Ｂ）工程において、不活性気体雰囲気中で前記還元剤による処理を行う、請求項３から１１のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１３】
さらに、下記（Ｃ）工程を有する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の製造方法。
（Ｃ）  前記（Ｂ）工程で得られた前記カップ型ナノカーボンを求電子剤と反応させ、前記カップ型ナノカーボンに置換基を導入する工程
【請求項１４】
前記求電子剤が下記化学式（１）で表される、請求項１３記載の製造方法。
Ｒ−ＣＨ２−Ｘ              （１）
前記式（１）中、
Ｒは、水素原子、直鎖アルキル基または分枝アルキル基であり、前記直鎖アルキル基または分枝アルキル基は、置換基を有していても有していなくても良く、オキシ基（−Ｏ−）およびアミド基（−ＣＯＮＨ−）の少なくとも一方により中断されていても中断されていなくても良く、
Ｘは脱離基である。
【請求項１５】
前記式（１）中のＲが、前記直鎖アルキル基または分枝アルキル基であり、前記Ｒの炭素数が１〜３０である、請求項１４記載の製造方法。
【請求項１６】
前記式（１）中のＲが、前記直鎖アルキル基または分枝アルキル基であり、前記Ｒの炭素数が５〜２０である、請求項１４または１５記載の製造方法。
【請求項１７】
前記式（１）中のＸが、ハロゲン、メチルスルホニル基（ＣＨ３ＳＯ２−）、トリフルオロメチルスルホニル基（ＣＦ３ＳＯ２−）、またはクロロメチルスルホニル基（ＣｌＣＨ２ＳＯ２−）である、請求項１４から１６のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１８】
前記式（１）中のＸが、臭素またはヨウ素である、請求項１４から１６のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１９】
前記（Ｃ）工程を、有機溶媒中で行う、請求項１３から１８のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項２０】
前記（Ｃ）工程を、不活性気体雰囲気中で行う、請求項１３から１９のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項２１】
カップ型ナノカーボンであって、
請求項１から２０のいずれか一項に記載の製造方法により製造されるカップ型ナノカーボン。
【請求項２２】
カップ型ナノカーボンであって、
前記ナノカーボン分子が、負に帯電したアニオン性分子であるカップ型ナノカーボン。
【請求項２３】
カップ型ナノカーボンであって、
前記カップ型ナノカーボンが、置換基を有する誘導体であるカップ型ナノカーボン。
【請求項２４】
前記置換基が下記化学式（２）で表される、請求項２３記載のカップ型ナノカーボン。
Ｒ−ＣＨ２−              （２）
前記式（２）中、
Ｒは、水素原子、直鎖アルキル基または分枝アルキル基であり、前記直鎖アルキル基または分枝アルキル基は、置換基を有していても有していなくても良く、オキシ基（−Ｏ−）およびアミド基（−ＣＯＮＨ−）の少なくとも一方により中断されていても中断されていなくても良い。
【請求項２５】
前記式（２）中のＲが、前記直鎖アルキル基または分枝アルキル基であり、前記Ｒの炭素数が１〜３０である、請求項２４記載のカップ型ナノカーボン。
【請求項２６】
前記式（２）中のＲが、前記直鎖アルキル基または分枝アルキル基であり、前記Ｒの炭素数が５〜２０である、請求項２４または２５記載のカップ型ナノカーボン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カップ型ナノカーボンの製造方法およびカップ型ナノカーボンに関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブは、ダイヤモンド、グラファイト、フラーレンなどと同じく、炭素の同素体である。一般に、カーボンナノチューブには、多層カーボンナノチューブ、単層カーボンナノチューブ、カップスタック型カーボンナノチューブなどがある。【０００３】
単層カーボンナノチューブは、グラフェンシートから形成された分子であり、その形状は、中空の筒形状である。前記グラフェンシートは、通常、ｓｐ２混成炭素原子からなり、六角形および五角形に配置された前記原子が平面網状に配置されている。また、前記グラフェンシートは、七角形、八角形などの他の多角形に配置された前記原子を含むものもある。単層カーボンナノチューブの直径は、通常、約０．５〜約１０ｎｍであり、特に、０．５〜３ｎｍの範囲である。また、単層カーボンナノチューブの長さは、通常、約５０ｎｍを超える。【０００４】
多層カーボンナノチューブは、例えば、多層のグラフェンシートから形成された分子である。その形状は、グラフェンシートが、同軸円筒状に積み重なった構造である。多層カーボンナノチューブは、例えば、２層カーボンナノチューブや３層カーボンナノチューブがある。また、多層カーボンナノチューブは、数百層のグラフェンシートからなるものもある。多層カーボンナノチューブの直径は、通常、単層カーボンナノチューブの直径よりも大きい。【０００５】
カップスタック型カーボンナノチューブは、グラフェンシートから形成される複数のカップ型ナノカーボンが、カップの高さ方向に積層した構造である。このカップスタック型カーボンナノチューブは、繊維状の炭素粒子であり、通常、カップ型ナノカーボンが数個〜数百個積層されている。【０００６】
カーボンナノチューブは、優れた電気、熱伝導度、高い引張り強さを有する。また、カーボンナノチューブは、強靭且つ軟性に富み、化学的に安定している。また、カーボンナノチューブは、許容電流密度が大きい。さらに、その熱伝導性は、例えば、ダイヤモンドと同等以上である。【０００７】
カーボンナノチューブは、例えば、機能性材料として注目されている。前記機能性材料としては、例えば、超高集積化が可能な分子素子、水素などの各種ガスの吸蔵材料、電界放出ディスプレー（ＦＥＤ）用部材、電子材料、電極材料、樹脂成形品用添加剤などがある。【０００８】
カーボンナノチューブの製造方法としては、例えば、化学蒸着法（ＣＶＤ）がある。前記ＣＶＤは、例えば、担持型金属触媒上でカーボンナノチューブを調製する際に採用される。この方法は、例えば、まず、基板上に、触媒性金属のナノメートルスケールの粒子を担持させる。そして、前記触媒性金属粒子上で、気体状の炭素含有分子を反応させて、カーボンナノチューブを生成させる。この手法は、多層カーボンナノチューブの製造に使用されてきた。さらに、この手法は、特定の反応条件下で、優れた単層カーボンナノチューブを生成することもできる。ＣＶＤ法による小径カーボンナノチューブの合成が、非特許文献１および特許文献１に記載されている。ＣＶＤ法により得られるカーボンナノチューブは、例えば、単層カーボンナノチューブ、小径の多層カーボンナノチューブ、残留触媒金属粒子、触媒担持材料、不定形炭素、および、非管状フラーレンなどがある。また、カーボンナノチューブは、アーク放電法、レーザー気化法等でも合成できる。非特許文献２には、カップスタック型カーボンナノチューブの製造方法が開示されている。このカップスタック型カーボンナノチューブの製造方法は、基本的に、ＣＶＤである。【０００９】
特許文献２には、電解質にカップスタック型カーボンナノチューブを含有させた電解質組成物が開示されている。前記電解質は、例えば、色素増感太陽電池に使用される電解質である。カップスタック型カーボンナノチューブは、電荷移動の役割を担い、また、イオン性液体に比べて電気抵抗が低い。このため、前記電解質組成物は、導電性が良好である。この結果、カップスタック型カーボンナノチューブを用いた前記電解質組成物は、イオン性液体を電解質として用いた場合に比べて、光電変換素子等の変換効率を向上できる。【００１０】
また、白金やルテニウムを担持したカップスタック型カーボンナノチューブを、燃料電池の電極に応用する研究もなされている。【００１１】
非特許文献３には、Ｃ６０を、光照射下、Ｎ−ベンジル−１，４−ジヒドロニコチンアミド、Ｎ−ベンジル−１，４−ジヒドロニコチンアミドダイマーなどで還元する手法が開示されている。【００１２】
非特許文献４は、単層カーボンナノチューブをｎ−ドデシル化する手法が開示されている。同文献には、単層カーボンナノチューブを、液体アンモニア中、リチウム金属、ナトリウム金属またはカリウム金属により還元する手法が開示されている。この還元反応により、単層カーボンナノチューブアニオンの懸濁液が生成する。この懸濁液に１−ヨードｎ−ドデカンを添加することにより、単層カーボンナノチューブにアルキル基（ドデシル基）を導入している。【００１３】
非特許文献５は、単層カーボンナノチューブをリチウムまたはナトリウムで還元する手法が開示されている。同文献では、この還元反応により、単層カーボンナノチューブをアニオン化して、非プロトン性溶媒に溶解させている。【００１４】
カーボンナノチューブの中でも、前記カップスタック型カーボンナノチューブは、例えば、電子材料など、様々な用途への材料として、有望視されている。【００１５】
【特許文献１】国際公開ＷＯ  ００／１７１０２Ａ１
【特許文献２】特開２００５−９３０７５号公報
【非特許文献１】Ｄａｉ等、Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、２６０巻、４７１〜４７５ページ、１９９６年
【非特許文献２】Ｅｎｄｏ，Ｍ等、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．２００２、８０、１２６７
【非特許文献３】福住等、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１９９８、１２０、８０６０−８０６８
【非特許文献４】Ｆｅｎｇ  Ｌｉａｎｇ等、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２００５、１２７、１３９４１〜１３９４８
【非特許文献５】Ａｌａｉｎ  Ｐｅｎｉｃａｕｓｄ等、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２００５、１２７、８〜９
【発明の開示】
【００１６】
そこで、前記カップスタック型カーボンナノチューブの特性を、さらに変化させることが求められている。特性を変化させる方法としては、例えば、カップスタック型カーボンナノチューブを置換基で修飾する方法が考えられる。また、カップスタック型カーボンナノチューブを可溶化する方法も考えられる。前記カップスタック型カーボンナノチューブを可溶化することで、前記カーボンナノチューブへ置換基を導入する反応も容易になる。
【００１７】
しかしながら、カップスタック型カーボンナノチューブは、前述のとおり、カップの高さ方向に、カップ型ナノカーボンが積層されている。例えば、複数のカップ型ナノカーボンが、カップを重ねるような状態で積層されている。つまり、隣接する２つのカップ型ナノカーボンにおいて、一方のカップ型ナノカーボンの内部に、他のカップ型ナノカーボンの底部が嵌入（インサート）されている。このため、嵌入している底部については、外部に露出していない状態である。このように外部に露出していない領域には、置換基の導入が困難である。したがって、置換基の導入による特性の変化が困難である。
【００１８】
そこで、本発明者らは、カップスタック型カーボンナノチューブを構成するカップ型ナノカーボンを、新たな機能性材料として、様々な用途に利用することを考えた。しかしながら、カップスタック型カーボンナノチューブをカップ型ナノカーボンに分離する方法は報告されていない。また、積層することなく個々で存在するカップ型ナノカーボンの製造方法も報告されていない。
【００１９】
したがって、本発明の目的は、カップスタック型カーボンナノチューブから個々のカップ型ナノカーボンを分離し、個々で存在するカップ型ナノカーボンを製造する方法の提供である。
【００２０】
前記課題を解決するために、本発明の製造方法は、カップ型ナノカーボンの製造方法であって、下記工程（Ａ）および下記工程（Ｂ）を含む。
（Ａ）２個以上のカップ型ナノカーボンが、前記カップの高さ方向に積層することにより構成されたカップスタック型カーボンナノチューブを準備する工程
（Ｂ）前記カップスタック型カーボンナノチューブの還元処理により、前記カップスタック型カーボンナノチューブから前記カップ型ナノカーボンを分離する工程
【００２１】
前記本発明のカップ型ナノカーボンの製造方法は、カップスタック型カーボンナノチューブから個々のカップ型ナノカーボンを分離する方法でもある。
【００２２】
本発明のカップ型ナノカーボンは、本発明の製造方法により製造される分子である。また、本発明のカップ型ナノカーボンは、負に帯電したアニオン性分子である。また、本発明のカップ型ナノカーボンは、置換基を有する誘導体である。
【００２３】
本発明の製造方法によれば、カップスタック型カーボンナノチューブを還元処理することによって、カップ型ナノカーボンを製造できる。本発明の製造方法により得られるカップ型ナノカーボンは、個々に分離している。従来、カップスタック型カーボンナノチューブを構成するカップ型ナノカーボンは、メカニズムは不明であるが、個々に分離して存在できず、前記カーボンナノチューブの構成単位として存在するのみであった。これに対して、本発明の製造方法によれば、カップスタック型カーボンナノチューブの構成単位としてではなく、一つの材料として存在するカップ型ナノカーボンを製造できる。このように、還元処理により、個々に分離したカップ型ナノカーボンを製造する方法は、本発明者らが初めて見出した。
【００２４】
また、本発明により得られる前記カップ型ナノカーボンは、個々に分離しているため、例えば、カップスタック型カーボンナノチューブよりも取り扱い性に優れる。カップ型ナノカーボンは、カップスタック型カーボンナノチューブよりも、例えば、溶媒に対する溶解性や分散性が優れるからである。また、本発明のカップ型ナノカーボンは、他のカップ型ナノカーボンと積層していない。このため、本発明のカップ型ナノカーボンは、カップスタック型カーボンナノチューブを形成している状態とは異なり、例えば、全ての構成原子が露出した状態である。したがって、このカップ型ナノカーボンに、例えば、置換基を導入して化学修飾することも容易になる。
【００２５】
本発明の製造方法で、カップスタック型カーボンナノチューブから個々のカップ型ナノカーボンを分離できるメカニズムは、不明であるが、以下のように推測される。主な要因は、個々のカップ型ナノカーボンの静電気的反発力と考えられる。すなわち、前記カップスタック型カーボンナノチューブを還元処理することにより、前記カーボンナノチューブを構成する個々のカップ型ナノカーボンは、負に帯電したアニオン性分子になる。これらのアニオン性分子は、互いの負電荷同士の反発力により分離すると推測される。なお、得られたカップ型ナノカーボンは、例えば、アニオン性を維持する限り、カップスタック型カーボンナノチューブを再構成することなく、個々に分離していると推測される。また、さらに置換基を有するカップ型ナノカーボンも、カップスタック型カーボンナノチューブへの再構成が起こりがたい。これについては、後述する。なお、これらの推測は、本発明を限定しない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明の一実施形態を記載するスキームである。
【図２】図２は、走査型電子顕微鏡写真である。この写真は、実施例における精製後のカップスタック型カーボンナノチューブを示す。
【図３】図３は、走査型電子顕微鏡写真である。この写真は、実施例におけるカップ型ナノカーボンを示す。
【図４】図４は、走査型電子顕微鏡写真である。この写真は、実施例における、ドデシル化されたカップ型ナノカーボンを示す。
【図５】図５は、透過型電子顕微鏡写真である。この写真は、実施例における精製後のカップスタック型カーボンナノチューブを示す。
【図６】図６は、透過型電子顕微鏡写真である。この写真は、実施例における、カップ型ナノカーボンを示す。
【図７】図７は、透過型電子顕微鏡写真である。この写真は、実施例における、ドデシル化されたカップ型ナノカーボンを示す。
【図８】図８は、動的光散乱測定によるサイズ分布図である。図８（ａ）は、実施例における精製後のカップスタック型カーボンナノチューブの測定結果を示す。図８（ｂ）は、実施例におけるドデシル化されたカップ型ナノカーボンの測定結果を示す。
【図９】図９は、走査型電子顕微鏡写真である。同図は、実施例における精製後のカップスタック型カーボンナノチューブを示す。
【図１０】図１０は、走査型電子顕微鏡写真である。同図は、実施例におけるカップ型ナノカーボンを示す。このカップ型ナノカーボンは、光励起されたニコチンアミドダイマーでカップスタック型カーボンナノチューブを還元して、得られた分子である。
【図１１】図１１は、透過型電子顕微鏡写真である。同図は、実施例における精製後のカップスタック型カーボンナノチューブを示す。
【図１２】図１２は、透過型電子顕微鏡写真である。同図は、実施例におけるカップ型ナノカーボンを示す。このカップ型ナノカーボンは、光励起されたニコチンアミドダイマーでカップスタック型カーボンナノチューブを還元して、得られた分子である。
【図１３】図１３は、紫外可視（ＵＶ−Ｖｉｓ）分光分析吸収スペクトルである。同図は、実施例において、光励起されたニコチンアミドダイマーでカップスタック型カーボンナノチューブを還元する反応を追跡したスペクトルを示す。
【図１４】図１４は、実施例で使用したカップスタック型カーボンナノチューブの透過型電子顕微鏡写真である。図１４（ａ）は、遠心分離前のカップスタック型カーボンナノチューブを示す。図１４（ｂ）は、遠心分離後のカップスタック型カーボンナノチューブを示す。
【図１５】図１５のグラフは、紫外−可視−近赤外（ＵＶ−Ｖｉｓ−ＮＩＲ）分光分析吸収スペクトル図である。同図中、曲線（ａ）は、実施例で用いたカップスタック型カーボンナノチューブの吸光度を示す。曲線（ｂ）は、実施例で得られたカップ型ナノカーボンの吸光度を示す。曲線（ｃ）は、還元剤であるナトリウムナフタレニドの吸光度を示す。
【図１６】図１６は、ＥＳＲスペクトル図である。図１６（ａ）は、実施例で用いたカップスタック型カーボンナノチューブの結果を示す。図１６（ｂ）は、カップ型ナノカーボンアニオンのスペクトルを示す。
【図１７】図１７は、ＩＲ（赤外）スペクトル図である。図１７（ａ）は、実施例で用いたカップスタック型カーボンナノチューブのスペクトルを示す。図１７（ｂ）は、実施例で得られたドデシル化されたカップ型ナノカーボンのスペクトルを示す。
【図１８】図１８は、透過型顕微鏡（ＴＥＭ）写真である。同図は、実施例におけるドデシル化されたカップ型ナノカーボンを示す。
【図１９】図１９（ａ）は、実施例で用いたカップスタック型カーボンナノチューブのＴＨＦ懸濁液の写真であり、調製直後と１時間静置後の状態を示す。図１９（ｂ）は、実施例におけるドデシル化カップ型ナノカーボンのＴＨＦ懸濁液の写真であり、調製直後と１日静置後を示す。
【図２０】図２０は、紫外可視（ＵＶ−Ｖｉｓ）分光分析吸収スペクトルである。同図は、実施例において、光励起されたニコチンアミドダイマーでカップスタック型カーボンナノチューブを還元する反応を追跡したスペクトルを示す。
【図２１】図２１は、紫外可視（ＵＶ−Ｖｉｓ）分光分析吸収スペクトルである。同図は、実施例において、光励起されたニコチンアミドダイマーでカップスタック型カーボンナノチューブを還元する反応を追跡したスペクトルを示す。
【図２２】図２２は、本発明の一実施形態を記載するスキームである。
【図２３】図２３は、カップ型ナノカーボンアニオンのＥＳＲスペクトル図である。
【図２４】図２４は、走査型電子顕微鏡写真である。図２４（ａ）は、実施例における精製後のカップスタック型カーボンナノチューブを示す。図２４（ｂ）は、実施例におけるカップ型ナノカーボンを示す。このカップ型ナノカーボンは、光励起されたニコチンアミドダイマーでカップスタック型カーボンナノチューブを還元して、得られた分子である。
【図２５】図２５は、透過型電子顕微鏡写真である。図２５（ａ）は、実施例における精製後のカップスタック型カーボンナノチューブを示す。図２５（ｂ）は、実施例におけるカップ型ナノカーボンを示す。このカップ型ナノカーボンは、光励起されたニコチンアミドダイマーでカップスタック型カーボンナノチューブを還元して、得られた分子である。
【図２６】図２６は、動的光散乱測定によるサイズ分布図である。同図中、ａは、実施例における精製後のカップスタック型カーボンナノチューブの測定結果を示す。ｂおよびｃは、光励起されたニコチンアミドダイマーでカップスタック型カーボンナノチューブを還元した後の測定結果を示す。
【図２７】図２７は、動的光散乱測定によるサイズ分布図である。同図中、ａは、カップ型ナノカーボンアニオンの脱気アセトニトリル中における測定結果を示す。ｂは、同じカップ型ナノカーボンアニオンを酸素飽和アセトニトリルに溶解させて測定した結果を示す。
【図２８】図２８は、カップ型ナノカーボンの形状の一例を示す模式図である。図２８（ａ）は、側面図である。図２８（ｂ）は、斜視図である。
【図２９】図２９は、カップスタック型カーボンナノチューブの一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明について詳細に説明する。【００２８】
＜カップスタック型カーボンナノチューブおよびカップ型ナノカーボン＞
本発明において、カップスタック型カーボンナノチューブは、限定されない。前記カップスタック型カーボンナノチューブは、２個以上のカップ型ナノカーボンが、前記カップの高さ方向に積層された構造である。【００２９】
例えば、前記カップ型ナノカーボンは、グラフェンシートから形成されており、前記カップ型ナノカーボンのカップ上部およびカップ底部は開口している。そして、前記カップ型ナノカーボンの内径および外径は、前記カップ底部から前記カップ上部に向かって連続的に大きくなっている。前記カップ型ナノカーボンは、内部が中空である。このため、カップ型ナノカーボンは、前記底部と上部とが開口した、中空の筒状体ともいえる。また、カップ型ナノカーボンは、カップスタック型カーボンナノチューブの構成単位であることから、ナノカーボン筒状単位（ｎａｎｏｃａｒｂｏｎ  ｔｕｂｕｌａｒ  ｕｎｉｔ）とも呼べる。さらに、カップ型ナノカーボンは、分子量の大きい分子の一種であることから、「カップ型ナノカーボン分子」とも呼べる。前記上部および底部は、全部が開口した形状であっても良い。また、前記上部および底部は、それらの一部が開口した形状であっても良い。前記カップ型ナノカーボンは、例えば、側面の断面がテーパー形状である。すなわち、前述のように、カップ型ナノカーボンの内径および外径が、前記カップ底部から前記カップ上部に向かって連続的に大きくなっている形状である。前記底部および上部の形状は、例えば、円形、略円形、楕円形等である。【００３０】
前記カップ型ナノカーボンの形状について、図２８に一例を示す。図２８は、カップ型ナノカーボンの一例を示す模式図である。図２８（ａ）は、カップ型ナノカーボンの側面図である。図２８（ｂ）は、カップ型ナノカーボンの斜視図である。図示のとおり、カップ型ナノカーボン２０は、円形の上部３０、円形の底部４０および側面５０を有し、上部３０および底部４０が開口した中空体である。側面５０の断面は、テーパー形状である。具体的には、側面５０が、底部４０側から上部３０側に向かって連続的に広がった形状である。すなわち、カップ型ナノカーボン２０の内径および外径は、底部４０から上部３０に向かって連続的に大きくなっている。図２８において、Ｗ１は、上部３０開口の口径を示す。Ｗ２は、底部４０開口の口径を示す。Ｈは、底部４０の中心と上部３０の中心との間の長さを示す。この長さを、以下、カップ型ナノカーボンの高さともいう。【００３１】
なお、図２８およびその説明は、例示であり、本発明を限定しない。また、図２８は、あくまでも模式図であり、例えば、直線、曲線、実線等の表現には限定されない。例えば、上部３０開口の口径と底部４０開口の口径との比は、これに限定されない。すなわち、上部３０の口径は、底部４０の口径に対して、より大きくてもよいし、より小さくてもよい。また、図２８において、上部３０と底部４０との間の稜線は、直線であるが、曲線であっても良い。本発明におけるカップ型ナノカーボンの形状は、本発明の範囲から逸脱しない限り、何ら制限されない。後述する図２９についても同様である。【００３２】
本発明において、前記カップ型ナノカーボンの大きさは、限定されない。前記上部の口径は、制限されず、例えば１〜１５００ｎｍの範囲であり、好ましくは１ｎｍ〜１０００ｎｍ、より好ましくは１０ｎｍ〜１００ｎｍである。前記上部の口径は、さらに好ましくは１０ｎｍ〜５０ｎｍである。前記上部開口の形状が真円の場合、前記口径は、通常、直径を意味する。また、前記上部開口の形状が、楕円等の真円以外の円形の場合、前記口径は、例えば、長径を意味する。後述する底部開口についても同様である。なお、本発明において、以下、カップ型ナノカーボンの口径とは、上部開口の口径とする。【００３３】
カップ型ナノカーボンの底部開口の口径は、制限されない。本発明において、上部開口が、底部開口よりも大きいことが好ましい。上部開口の面積（Ａ）と底部開口の面積（Ｂ）との比（Ａ：Ｂ）は、特に制限されず、例えば、Ａ：Ｂ＝１０００：１〜１００：１であり、好ましくは、Ａ：Ｂ＝１００：１〜１０：１であり、より好ましくはＡ：Ｂ＝１０：１〜１．１：１である。底部開口の口径は、例えば、１〜１００ｎｍの範囲であり、好ましくは１０〜８０ｎｍ、より好ましくは３０〜６０ｎｍである。前記底部開口の形状が真円の場合、前記口径は、通常、直径を意味する。【００３４】
前記底部と上部との間の長さ、すなわち、カップ型ナノカーボンの高さは、例えば１０〜５００ｎｍの範囲である。前記高さは、好ましくは１０〜１００ｎｍであり、より好ましくは１０〜５０ｎｍである。【００３５】
なお、本発明において、数値により発明の範囲を規定する場合、厳密にその数値範囲である場合も含むが、略その数値範囲である場合も含む。例えば、「１０ｎｍ〜１００ｎｍ」は、厳密に１０ｎｍ〜１００ｎｍである場合と、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍである場合も含む。以下、同様である。【００３６】
前記カップ型ナノカーボンは、通常、グラフェンシートから形成されている。「グラフェンシート」という用語の意味は、当業者には明確である。以下、グラフェンシートの構造の例について説明する。なお、本発明は、この説明により限定されない。【００３７】
グラフェンシートは、多数の炭素が共有結合して形成されたシート状の分子である。各炭素原子は、共有結合により、六角形（六員環）等の多角形（多員環）を形成している。この多員環が網目状となってグラフェンシートを構成している。理論上、六員環のみで構成されるグラフェンシートは、完全な平面となる。グラフェンシートに、五員環、七員環、八員環などの他の多員環が含まれていると、前記他の多角形の箇所でひずみが生じ、凹凸ができる。グラフェンシートにおいて、例えば、炭素原子の９０％以上が、六員環を形成していることが好ましい。グラフェンシートにおいて、炭素原子の９５％以上が、六員環を形成していることがより好ましい。グラフェンシートを形成する炭素原子は、通常、ｓｐ２混成炭素原子である。前記炭素原子は、例えば、ｓｐ３混成炭素原子、ｓｐ混成炭素原子等を含んでも良い。【００３８】
本発明において、カップ型ナノカーボンは、炭素のみから形成されても良い。また、前記カップ型ナノカーボンは、例えば、さらに、他の原子を含んでもよい。前記他の原子としては、例えば、水素原子、ヘテロ原子等がある。このカップ型ナノカーボンから構成されるカップスタック型カーボンナノチューブについても同様である。【００３９】
カップスタック型カーボンナノチューブは、以上のようなカップ型ナノカーボンが２個以上、前記カップの高さ方向に積層することにより構成されている。【００４０】
カップスタック型カーボンナノチューブの形状について、図２９に一例を示す。図２９は、カップスタック型カーボンナノチューブの斜視図である。同図に示すように、カップスタック型カーボンナノチューブ６０は、複数のカップ型ナノカーボン２０１、２０２および２０３が、前記カップの高さ方向に積層している。図２９において、点線Ａは、各カップ型ナノカーボン２０の高さ方向を示す。具体的には、隣接する２つのカップ型ナノカーボン（２０１および２０２）において、一方のカップ型ナノカーボン２０１のカップ上部開口３０１に、他方のカップ型ナノカーボン２０２のカップ底部が、インサートされている。さらに、隣接する２つのカップ型ナノカーボン（２０２および２０３）において、一方のカップ型ナノカーボン２０２のカップ上部開口３０２に、他方のカップ型ナノカーボン２０３のカップ底部が、インサートされている。このように、カップの高さ方向に、複数のカップ型ナノカーボンが積層されて、カップスタック型カーボンナノチューブが形成されている。そして、他のカップ型ナノカーボンの内部にインサートされている前記底部は、その周囲が、前記他のカップ型ナノカーボンに囲まれた状態であり、外部に露出していない。なお、図２９およびその説明は、例示であり、本発明を限定しない。また、図２９は、あくまでも模式図であり、例えば、直線、曲線、実線等の表現、カップ型ナノカーボンの個数には限定されない。【００４１】
本発明において、カップスタック型カーボンナノチューブの大きさは、限定されない。前記カップスタック型カーボンナノチューブを構成するカップ型ナノカーボンの積層個数は、限定されない。前記積層個数は、例えば、数個から数百個である。前記積層個数は、具体的には、２〜１０００００が好ましく、より好ましくは２〜１０００である。前記カップスタック型カーボンナノチューブの長さは、限定されない。前記長さは、例えば、５０ｎｍ〜１００μｍであり、好ましくは５０ｎｍ〜５０μｍ、より好ましくは５０ｎｍ〜１０μｍである。カップスタック型カーボンナノチューブは、例えば、繊維状である。カップスタック型カーボンナノチューブの口径は、限定されない。カップスタック型カーボンナノチューブの口径は、通常、カップスタック型カーボンナノチューブ全体において、高さ方向に垂直な面の最大直径である。すなわち、図２９においては、カップスタック型カーボンナノチューブを構成するカップ型ナノカーボンの上部開口の口径が、通常、前記カーボンナノチューブの口径となる。前記口径は、例えば１〜１００００ｎｍの範囲である。前記口径は、好ましくは１ｎｍ〜１０００ｎｍであり、より好ましくは１０ｎｍ〜１００ｎｍである。【００４２】
＜カップ型ナノカーボンの製造方法＞
本発明のカップ型ナノカーボンの製造方法は、例えば、以下のように行える。この方法は、前述のとおり、カップスタック型カーボンナノチューブから個々のカップ型ナノカーボンを分離する方法でもある。なお、本発明は、以下の説明により限定されない。【００４３】
まず、前記（Ａ）工程として、カップスタック型カーボンナノチューブを含む原料を準備する。この工程は、限定されないが、例えば、以下の通りである。【００４４】
前述のように、本発明に用いるカップスタック型カーボンナノチューブは、限定されない。前記カップスタック型カーボンナノチューブは、例えば、市販品を用いることができる。市販品のカップスタック型カーボンナノチューブは、例えば、ＧＳＩクレオス社（日本、東京都千代田区）から入手できる。入手できる製品としては、例えば、カルベール（登録商標）等がある。また、カップスタック型カーボンナノチューブは、調製してもよい。本発明の属する技術分野の当業者であれば、本明細書の記載および技術常識に基づいて、過度の試行錯誤や複雑高度な実験をすることなく、カップスタック型カーボンナノチューブを製造できる。カップスタック型カーボンナノチューブの製造方法は、例えば、Ｅｎｄｏ，Ｍ等、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．２００２、８０、１２６７に報告されている。【００４５】
カップスタック型カーボンナノチューブは、例えば、市販品や自家調製品をそのまま用いても良い。また、カップ型ナノカーボンに分離する前に、必要に応じて、精製処理を施すことが好ましい。精製処理によって、例えば、カップスタック型カーボンナノチューブを含む原料から、混入している不純物を除去できる。精製方法は、限定されず、例えば、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ２００１、１０５、８２９７に記載されている方法があげられる。この方法は、まず、カップスタック型カーボンナノチューブを、ＡｒとＯ２との混合ガス中、約２２５℃〜４２５℃で数時間加熱処理する。その後、前記カップスタック型カーボンナノチューブを、高濃度の塩酸で超音波洗浄する。この加熱処理と、塩酸による超音波洗浄処理とを数回繰り返す。これにより、金属触媒等の不純物を除去できる。【００４６】
本発明において、カップスタック型カーボンナノチューブの大きさ、形状、構造等は、限定されず、前述のとおりである。前記カップスタック型カーボンナノチューブを構成するカップ型ナノカーボンの大きさ、形状、構造等も、限定されず、前述のとおりである。カップスタック型カーボンナノチューブは、例えば、大きさおよび形状が同じまたは略同じカップ型ナノカーボンから形成されていることが好ましい。このようなカップスタック型カーボンナノチューブから個々のカップ型ナノカーボンを分離すれば、大きさおよび形状が比較的均一なカップ型ナノカーボンを得ることができる。一般に、カップスタック型カーボンナノチューブは、大きさおよび形状が同じかまたは略同じカップ型ナノカーボンから形成されている。【００４７】
また、原料に含まれるカップスタック型カーボンナノチューブを、例えば、その大きさに応じて分別しても良い。このようにカップスタック型カーボンナノチューブを、大きさによって分画すれば、さらに、大きさの揃ったカップ型ナノカーボンが得やすい。【００４８】
分画の対象となる大きさは、例えば、カップスタック型カーボンナノチューブの口径がある。例えば、口径が異なるカップスタック型カーボンナノチューブの混合物から、一定の口径以上のカップスタック型カーボンナノチューブを除去してもよい。カップ型ナノカーボンの口径は、前述の範囲が好ましい。したがって、例えば、口径が１０００ｎｍを超えるカップスタック型カーボンナノチューブを除去することが好ましい。また、口径が１００ｎｍを超えるカップスタック型カーボンナノチューブを除去することが好ましい。さらに、口径が５０ｎｍを超えるカップスタック型カーボンナノチューブを除去することが好ましい。【００４９】
前記除去方法は、限定されない。例えば、まず、前記カップスタック型カーボンナノチューブの混合物を、溶媒に懸濁する。この溶媒は、限定されず、例えば、ハロゲン化溶媒、エーテルがあげられる。前記ハロゲン化溶媒は、例えば、クロロホルム、塩化メチレン等である。前記エーテルは、例えば、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）等である。これらの溶媒は、単独で用いても二種類以上併用しても良い。次に、前記懸濁液を、遠心分離により、沈殿と上澄み液とに分離する。遠心分離の条件は、限定されない。そして、前記上澄み液をフィルターで濾過する。所望の孔径のフィルムを使用することで、カップスタック型カーボンナノチューブを分画できる。前記フィルターの孔径は、例えば、除去したいカップスタック型カーボンナノチューブの口径に応じて設定できる。得られた濾液は、濃縮してもよい。このようにして、カップスタック型カーボンナノチューブを口径に応じて分画できる。【００５０】
次に、前記（Ｂ）工程として、前記カップスタック型カーボンナノチューブを還元処理する。これにより、前記カップスタック型カーボンナノチューブから、個々のカップ型ナノカーボンを分離することができる。本発明において、前記カップ型ナノカーボンの分離は、カップスタック型カーボンナノチューブを構成する各カップ型ナノカーボンを全て分離しても良い。また、一部（１または２以上）のカップ型ナノカーボンを分離し、残部は、カップ型ナノカーボンが積層した状態のままであってもよい。この（Ｂ）工程において、還元処理の手法は、制限されず、カップスタック型カーボンナノチューブを還元できればよい。【００５１】
前記還元剤は、限定されない。前記還元剤としては、例えば、酸化還元電位が、飽和カロメル電極の電位を基準（０Ｖ）として−０．５Ｖ以下の還元剤が好ましい。酸化還元電位は、酸化力または還元力の強さを表す指標である。還元剤の酸化還元電位の値が相対的に小さいことは、還元剤の還元力が相対的に強いことを示す。前記酸化還元電位は、以下の方法により測定できる。まず、前記還元剤０．０５〜０．５ｍｏｌおよび電解質六フッ化リン酸テトラ−ｎ−ブチルアンモニウム０．０００２ｍｏｌを、テトラヒドロフラン２ｍＬに溶かす。そして、この混合液について、２５℃で、白金または金電極を作用電極、白金を対極として酸化還元電位を測定する。なお、この測定方法は、還元剤の酸化還元電位を特定するための方法であり、本発明を何ら限定しない。前記還元剤の酸化還元電位は、好ましくは、飽和カロメル電極の電位を基準（０Ｖ）として−０．６Ｖ以下であり、より好ましくは飽和カロメル電極の電位を基準（０Ｖ）として−１Ｖ以下であり、さらに好ましくは、飽和カロメル電極の電位を基準（０Ｖ）として−１．５Ｖ以下であり、特に好ましくは、飽和カロメル電極の電位を基準（０Ｖ）として−２Ｖ以下である。【００５２】
還元剤は、固有の酸化還元電位を有している。本発明の技術分野に属する当業者であれば、各種還元剤の酸化還元電位を決定できる。したがって、前記当業者であれば、過度の試行錯誤や複雑高度な実験をすることなく、所望の酸化還元電位を示す還元剤を選択できる。【００５３】
前記還元剤は、無機還元剤でもよく、有機還元剤でもよい。前記無機還元剤としては、例えば、アルカリ金属、ヒドリド錯体等がある。前記還元剤は、例えば、有機溶媒への溶解度、副反応の抑制等の観点から、有機還元剤が好ましい。【００５４】
前記有機還元剤は、例えば、芳香族アニオンが好ましい。前記芳香族アニオンは、例えば、２環式縮合炭素環状のアルカリ金属塩、３環式縮合炭素環のアルカリ金属塩等があげられる。前記２環式縮合炭素環状のアルカリ金属塩としては、例えば、置換基を有するアルカリ金属ナフタレニド、置換基を有しないアルカリ金属ナフタレニド等がある。アルカリ金属ナフタレニドは、有機溶媒に溶解しやすい。このため、反応効率等の観点から好適である。前記アルカリ金属とは、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム等が挙げられる。前記アルカリ金属は、リチウム、ナトリウム、カリウムが好ましい。前記アルカリ金属ナフタレニドとしては、ナトリウムナフタレニドが特に好ましい。なお、有機還元剤は、いずれか一種類でもよいし、二種類以上を併用してもよい。【００５５】
また、前記有機還元剤は、例えば、置換基を有するジヒドロピリジンダイマーの光励起活性種および置換基を有しないジヒドロピリジンダイマーの光励起活性種の少なくとも一方が好ましい。前記ジヒドロピリジンダイマーは、例えば、ジヒドロニコチンアミド２量体である。この中で、１，１’−ジベンジル−３，３’−ジカルバモイル−１，１’，４，４’−テトラヒドロ−４，４’−ビピリジン、すなわち１−ベンジル−１，４−ジヒドロニコチンアミド２量体（BNA2）の光励起活性種が、特に好ましい。励起光は限定されない。例えば、１−ベンジル−１，４−ジヒドロニコチンアミド２量体は、可視吸光スペクトルでは波長約３５０ｎｍにピークを示す。したがって、前記２量体に、このピークの波長を含む光を照射し、光励起することが好ましい。【００５６】
具体例として、１−ベンジル−１，４−ジヒドロニコチンアミド２量体は、光励起すると、飽和カロメル電極に対し、約−３．１Ｖの酸化還元電位を示す。また、ナトリウムナフタレニドは、以下の通りである。すなわち、ナフタレンが１電子還元されたラジカルでは、飽和カロメル電極に対し、約−２．５Ｖの酸化還元電位を示す。ナトリウムナフタレニドは、このラジカルよりも酸化還元電位が大きく、飽和カロメル電極に対し−２Ｖ前後の酸化還元電位を示す。このように、これらの還元剤は強力な還元力を有する。【００５７】
この他に、有機還元剤の具体例としては、例えば、以下の物質があげられる。アントラセンラジカルアニオン、１０，１０’−ジメチル−９，９’−ビアクリジン等である。【００５８】
前記還元剤処理は、通常、溶媒中で行う。前記溶媒としては、限定されない。前記溶媒は、例えば、有機溶媒が好ましい。前記溶媒は、例えば、水を含んでもよい。前記有機溶媒としては、例えば、副反応を抑制する観点から、非プロトン性溶媒が好ましい。前記非プロトン性溶媒としては、例えば、エーテル、ハロゲン化溶媒、芳香族炭化水素、脂肪族炭化水素、ケトン、ニトリル、アミド、およびスルホキシド等があげられる。前記エーテルは、例えば、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ジオキサン、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）等がある。前記ハロゲン化溶媒は、例えば、ジクロロメタン、クロロホルム、クロロベンゼン等がある。前記芳香族炭化水素は、例えば、ベンゼン、トルエン等がある。前記脂肪族炭化水素は、例えば、ヘキサン等がある。前記ケトンは、例えば、アセトン等がある。前記ニトリルは、例えば、アセトニトリル等がある。前記アミドは、例えば、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルアセトアミド、１−メチル−２−ピロリドン等がある。前記スルホキシドは、例えば、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）等がある。前記有機溶媒は、一種類のみ用いても二種類以上併用しても良い。【００５９】
前記溶媒は、なるべく水を含まないことが好ましい。このような条件であれば、還元剤からカップ型ナノカーボンへの電子移動が阻害されることを、十分に回避できる。前記溶媒における水の含有量は、例えば、０．０５体積％以下が好ましい。水の含有量は、より好ましくは０．００５体積％以下であり、さらに好ましくは、検出限界以下である。前記溶媒は、例えば、使用前に、予め脱水していることが好ましい。【００６０】
還元剤処理は、なるべく酸素を含まない条件であることが好ましい。このような条件であれば、還元剤からカップ型ナノカーボンへの電子移動が阻害されることを、十分に回避できる。このため、前記溶媒は、例えば、使用前に、予め脱気していることが好ましい。【００６１】
還元剤処理は、例えば、不活性気体雰囲気中で行うことが好ましい。不活性気体としては、希ガスがあげられる。前記希ガスとは、例えば、アルゴン、クリプトン、キセノン等である。また、前記不活性気体は、前記希ガス以外に、例えば、反応に関与しない他の気体でもよい。前記他の気体としては、例えば、窒素等が挙げられる。前記不活性気体雰囲気としては、制限されないが、例えば、窒素雰囲気、または、アルゴン雰囲気が好ましい。【００６２】
（Ｂ）工程について、還元剤を使用した還元処理の具体例を、以下に示す。なお、本発明は、これには限定されない。【００６３】
まず、溶媒にカップスタック型カーボンナノチューブを溶解または懸濁し、反応液を調製する。前記反応液におけるカップスタック型カーボンナノチューブの添加割合は、例えば、１〜２０重量％である。前記添加割合は、好ましくは、１〜１０重量％であり、より好ましくは、１〜２重量％である。また、前記反応液における前記還元剤の添加割合は、例えば、１〜２０重量％である。前記添加割合は、好ましくは、１〜１０重量％であり、より好ましくは、１〜２重量％である。前記カップスタック型カーボンナノチューブ（Ｃ）中の炭素原子と前記還元剤（Ｄ）とのモル比（Ｃ：Ｄ）は、特に制限されず、例えば、Ｃ：Ｄ＝１：１０〜１：２０である。前記モル比Ｃ：Ｄは、好ましくは、Ｃ：Ｄ＝１：１０〜１：１５であり、より好ましくはＣ：Ｄ＝１：１０〜１：１１である。前記反応液は、例えば、カップスタック型カーボンナノチューブと還元剤との反応を妨げない範囲において、他の添加剤を含んでもよい。【００６４】
そして、この反応液において、カップスタック型カーボンナノチューブと還元剤とを反応させる。反応条件は、特に制限されない。反応温度は、例えば、２０〜３０℃であり、好ましくは２０〜２５℃である。反応時間は、例えば、１０〜２０時間であり、好ましくは１０〜１５時間である。また、不活性雰囲気下で反応を行う場合、雰囲気における不活性気体の割合は、例えば、９９体積％以上である。前記割合は、好ましくは９９．９９体積％である。【００６５】
このようにして、個々に分離した状態のカップ型ナノカーボンを製造できる。本発明により得られるカップ型ナノカーボンは、安定に存在する。このため、カップスタック型カーボンナノチューブへの再構成も起こり難い。これは、前述のように、カップスタック型カーボンナノチューブを構成するカップ型ナノカーボンが、還元剤処理により、負に帯電したアニオン性分子となって、分離しているためと推測される。得られたアニオン性のカップ型ナノカーボンは、例えば、酸素や水等があまり存在しない条件下で取り扱うことが好ましい。前記条件としては、例えば、乾燥した不活性気体雰囲気下があげられる。このような条件であれば、前記アニオン性のカップ型ナノカーボンの安定性を、より確実に維持できる。【００６６】
前記アニオン性分子は、例えば、反応液から塩として単離しても良い。この単離工程は、限定されず、例えば、濾過等の通常の手段が採用できる。【００６７】
＜カップ型ナノカーボンの誘導体の製造方法＞
本発明のカップ型ナノカーボンの製造方法は、さらに、下記（Ｃ）工程を有しても良い。
（Ｃ）  前記（Ｂ）工程で得られた前記カップ型ナノカーボンを求電子剤と反応させ、置換基を導入する工程【００６８】
前記（Ｃ）工程における置換基の導入反応は、通常、求電子付加反応またはその類似反応と考えられる。ただし、この推測は、本発明を限定しない。【００６９】
このように、個々に分離したカップ型ナノカーボンアニオンと求電子剤とを反応させて、置換基を導入することは、本発明者らが初めて行った手法である。これにより、より安定なカップ型ナノカーボンを得ることができる。すなわち、カップ型ナノカーボンアニオンを求電子剤と反応させることで、例えば、負電荷を中和し、中性分子を形成できる。このため、例えば、酸素や水等による、カップ型ナノカーボンの変質を、十分に抑制できる。置換基を導入した誘導体は、個々の分子の分離状態をより確実に維持できる。これは、置換基の立体的嵩だかさによると考えられる。すなわち、個々に分離されたカップ型ナノカーボン同士が、分子間力により、もとの積層状態に戻ろうとする場合であっても、これが、前記置換基の立体的嵩高さによって妨げられるためと推測される。なお、この推測は、本発明を限定しない。【００７０】
前記求電子剤は、限定されない。導入させる所望の置換基に応じて、種々の求電子剤を選択できる。【００７１】
前記求電子剤は、例えば、下記化学式（１）で表される化合物があげられる。下記式（１）中、Ｒは、水素原子、直鎖アルキル基または分枝アルキル基である。前記直鎖アルキル基または分枝アルキル基は、置換基を有していても有していなくても良い。また、前記アルキル基は、オキシ基（−Ｏ−）およびアミド基（−ＣＯＮＨ−）の少なくとも一方により中断されていても中断されていなくても良い。Ｘは脱離基である。このような求電子剤により、カップ型ナノカーボンには、置換基Ｒ−ＣＨ２−が導入される。
Ｒ−ＣＨ２−Ｘ              （１）【００７２】
前記直鎖アルキル基の炭素数は、好ましくは１〜３０、より好ましくは５〜２０である。前記分枝アルキル基の炭素数は、好ましくは１〜３０、より好ましくは５〜２０である。前記脱離基Ｘは、限定されない。前記Ｘとしては、例えば、求電子付加反応における脱離基として、公知の脱離基があげられる。前記Ｘは、例えば、ハロゲン、メチルスルホニル基（ＣＨ３ＳＯ２−）、トリフルオロメチルスルホニル基（ＣＦ３ＳＯ２−）、またはクロロメチルスルホニル基（ＣｌＣＨ２ＳＯ２−）が好ましい。前記Ｘは、特に、臭素またはヨウ素が特に好ましい。【００７３】
ハロゲンとしては、例えば、フッ素、塩素、臭素およびヨウ素が挙げられる。また、アルキル基は、限定されない。前記アルキル基として、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基およびtert-ブチル基等が挙げられる。アルキル基を構造中に含む基、または、アルキル基から誘導される基についても同様である。このような基としては、例えば、アルキルスルホニル基、ハロゲン化アルキル基等がある。【００７４】
前記直鎖アルキル基または分枝アルキル基が置換基を有する場合、前記置換基は、制限されない。前記置換基は、例えば、求電子反応を阻害しない置換基が好ましい。前記置換基としては、例えば、（ＣＨ３）３Ｓｉ−Ｏ−で示されるトリメチルシリルオキシ基が挙げられる。【００７５】
この置換基導入処理における反応条件は、限定されない。以下に、反応条件の一例を示す。本発明は、これには限定されない。【００７６】
前記（Ｂ）工程により得たカップ型ナノカーボンアニオンは、例えば、そのまま使用できる。また、例えば、副反応の抑制等の観点から、前記（Ｂ）工程の反応液より、カップ型ナノカーボンを塩として単離し、これを使用してもよい。【００７７】
前記置換基導入処理は、前述の還元剤処理と同様の条件で行うことができる。すなわち、この処理は、例えば、酸素や水等を、なるべく含まない条件下で行うことが好ましい。このような環境であれば、例えば、置換基導入反応の阻害を十分に回避できる。この置換基導入工程は、例えば、前述の還元剤処理と同様に、不活性気体雰囲気中で行うことが好ましい。前記不活性気体雰囲気は、例えば、前述のとおりであり、窒素雰囲気下またはアルゴン雰囲気下が好ましい。【００７８】
前記置換基導入処理は、通常、溶媒中で行う。この溶媒の条件は、例えば、前記還元剤処理と同様である。したがって、前記溶媒は、例えば、使用前に、予め脱水していることが好ましい。また、前記溶媒は、例えば、使用前に、予め脱気していることが好ましい。【００７９】
（Ｃ）工程における前記置換基導入処理の具体例を、以下に示す。なお、本発明は、これには限定されない。【００８０】
まず、溶媒にカップ型ナノカーボンおよび前記求電子剤を溶解または懸濁し、反応液を調製する。前記反応液におけるカップ型ナノカーボンの添加割合は、例えば、０．６〜０．９重量％である。前記添加割合は、好ましくは、０．６〜０．８重量％であり、より好ましくは、０．６〜０．７重量％である。また、前記反応液における前記求電子剤の添加割合は、例えば、２５〜３５体積％である。前記添加割合は、好ましくは、２５〜３０体積％であり、より好ましくは、２９〜３０体積％である。前記カップ型ナノカーボン（Ｅ）中の炭素原子と前記求電子剤（Ｆ）とのモル比（Ｅ：Ｆ）は、特に制限されず、例えば、Ｅ：Ｆ＝１：１０〜１：２０である。前記モル比Ｃ：Ｄは、好ましくは、Ｅ：Ｆ＝１：１０〜１：１５であり、より好ましくはＥ：Ｆ＝１：１０〜１：１１である。前記反応液は、例えば、カップ型ナノカーボンと求電子剤との反応を妨げない範囲において、他の添加剤を含んでもよい。【００８１】
そして、この反応液において、前記カップ型ナノカーボンと前記求電子剤とを反応させる。反応条件は、特に制限されない。反応温度は、例えば、２０〜３０℃であり、好ましくは２０〜２５℃である。反応時間は、例えば、１０〜２４時間であり、好ましくは１０〜１５時間である。また、不活性雰囲気下で反応を行う場合、雰囲気における不活性気体の割合は、例えば、９９体積％以上である。前記割合は、好ましくは９９．９９体積％である。【００８２】
このようにして、置換基を導入した誘導体が得られる。得られた誘導体は、例えば、濾過等によって、単離することができる。【００８３】
＜本発明のカップ型ナノカーボン＞
本発明のカップ型ナノカーボンは、例えば、前述のとおり、負に帯電したアニオン性分子である。本発明のカップ型ナノカーボンは、例えば、前述のような、本発明のカップ型ナノカーボンの製造方法により製造できる。なお、この製造方法には限定されない。本発明のカップ型ナノカーボンの形状や大きさは、特に示さない限り、前述の通りである。【００８４】
また、本発明のカップ型ナノカーボンは、置換基を有する誘導体（以下、「誘導体」ともいう）であることが好ましい。前記誘導体における置換基は、限定されない。前記置換基としては、例えば、下記化学式（２）で表される置換基があげられる。このような置換基が導入された誘導体は、例えば、本発明のカップ型ナノカーボンの製造方法において、前記化学式（１）で表される求電子剤を使用することによって製造できる。なお、この製造方法には限定されない。下記化学式（２）において、Ｒは、前記化学式（１）におけるＲと同様である。
Ｒ−ＣＨ２−              （２）【００８５】
本発明のカップ型ナノカーボンにおいて、例えば、負に帯電したアニオン性分子は、例えば、前記置換基を有する誘導体の原料として有用である。その他の用途として、例えば、二次電池（リチウムイオン電池）の電極材料等がある。また、前記置換基を有する誘導体は、例えば、置換基の性質等に応じて様々な性能を発現することが可能である。このため、前記置換基を有する誘導体は、種々の用途への応用が期待できる。具体的には、例えば、色素増感太陽電池に用いられる電解質への添加剤、燃料電池の電極への応用が期待される。さらに、可能な用途として、従来のカーボンナノチューブと同様、超高集積化が可能な分子素子、水素などの各種ガスの吸蔵材料、電界放出ディスプレー（ＦＥＤ）用部材、電子材料、電極材料、樹脂成形品用添加剤などの機能性材料としての用途もある。
［実施例］【００８６】
以下、本発明の実施例について説明する。しかし、本発明は、以下の実施例に限定されない。【００８７】
＜測定機器等＞
走査型電子顕微鏡は、ＪＥＯＬ社製ＪＳＭ−６７００（商品名）を用いた。透過型電子顕微鏡は、株式会社日立製作所製Ｈ−８００（商品名）を用いた。紫外−可視−近赤外（ＵＶ−Ｖｉｓ−ＮＩＲ）分光分析吸収スペクトルまたは紫外可視分光吸収スペクトル（ＵＶスペクトル）は、株式会社島津製作所製自記分光光度計(商品名UV-3100PC)またはヒューレット・パッカード社製フォトダイオードアレイ分光光度計(商品名8452A)を用いて測定した。ＥＳＲスペクトルは、ＪＥＯＬ社製Ｘ−バンドスペクトロメータ（商品名ＪＥＳ−ＲＥ１ＸＥ）を用い、石英ＥＳＲチューブ（内径４．５ｍｍ）内で測定した。元素分析値は、株式会社柳本製作所製のCHN-Corder(MT-2型)（商品名）を用いて行った。カップスタック型カーボンナノチューブ以外の全ての化学物質は、試薬級である。前記化学物質は、ナカライテスク株式会社および和光純薬工業株式会社から購入した。【００８８】
＜カップスタック型カーボンナノチューブの調製＞
カップスタック型カーボンナノチューブは、ＧＳＩクレオスコーポレーション（日本、東京都千代田区）社製の商品を用いた。このカップスタック型カーボンナノチューブは、同社から、カルベール（登録商標）という商品名で販売されているものと同様である。【００８９】
前記カップスタック型カーボンナノチューブを、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ２００１、１０５、８２９７に記載されている方法で精製した。具体的には、前記カップスタック型カーボンナノチューブを、下記（ｉ）〜（ｖ）の手順にしたがって処理した。
（ｉ）  前記カップスタック型カーボンナノチューブを、Ａｒ／Ｏ２混合ガス雰囲気中、２２５℃で１８時間加熱した。ＡｒとＯ２との混合比（体積比）は、Ａｒ：Ｏ２＝８０：２０とした。
（ii）  加熱した前記カップスタック型カーボンナノチューブを室温に冷却した。これを、１２規定（１２ｍｏｌ／Ｌ）の濃塩酸中に懸濁し、１５分間以上超音波処理した。
（iii）  超音波処理した前記カップスタック型カーボンナノチューブを、孔径１．０μｍのポリテトラフルオロエチレン膜（ADVANTEC社製）を用いて濾取した。濾別した固体を、脱イオン水およびメタノールで数回洗浄した後、１００℃で２時間減圧乾燥した。
（iv）  得られたカップスタック型カーボンナノチューブの乾燥物を、前記（ｉ）と同様に加熱処理した。加熱温度は３２５℃、加熱時間は１．５時間とした。その後、前記カップスタック型カーボンナノチューブに、さらに、前記（ii）および（iii）と同じ処理を繰り返した。
（ｖ）  前記（iv）後のカップスタック型カーボンナノチューブに対し、前記（ｉ）と同様に加熱処理した。加熱温度を４２５℃、加熱時間を１．０時間とした。その後、前記カップスタック型カーボンナノチューブに、さらに、前記（ii）および（iii）と同じ処理を繰り返した。【００９０】
前記(ｉ)〜(ｖ)の手順にしたがって精製したカップスタック型カーボンナノチューブを、続いて、下記方法で処理した。これにより、口径が約５０ｎｍより大きいカップスタック型カーボンナノチューブを除去した。【００９１】
まず、前記精製したカップスタック型カーボンナノチューブをクロロホルム（１０ｍｌ）に添加して、５ｍｇ／ｍｌの濃度とした。この混合物に、７０ワットで１５分間、超音波を照射して、カップスタック型カーボンナノチューブを懸濁させた。懸濁液を、１８８０Ｇ（Ｇ：重力加速度）で１５分間遠心分離した。得られた上澄み液を、孔径０．１μｍのポリテトラフルオロエチレン膜でろ過し,濾物を回収した。本濾物が口径が約５０ｎｍ以下のカップスタック型カーボンナノチューブ（目的物）である。この精製物を、以下の実施例において、カップスタック型カーボンナノチューブとして使用した。【００９２】
図１４に、このカップスタック型カーボンナノチューブの透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真を示す。図１４（ａ）は、遠心分離前のカップスタック型カーボンナノチューブの写真である。図１４（ｂ）は、遠心分離後のカップスタック型カーボンナノチューブの写真である。図示の通り、遠心分離前は、カップスタック型カーボンナノチューブの大きさ（口径）にばらつきがあった。これに対して、遠心分離により、口径がほぼ均一なカップスタック型カーボンナノチューブが得られた。また、図２に、前記遠心分離後のカップスタック型カーボンナノチューブの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す。図５に、前記遠心分離後のカップスタック型カーボンナノチューブの透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真を示す。図５の写真は、前記図１４（ｂ）と倍率を変えて撮影した。透過型電子顕微鏡写真は、２００キロボルトの加速電圧を印加して撮影した。これらの写真から、カップスタック型カーボンナノチューブ構造が確認された。【００９３】
＜還元剤ナトリウムナフタレニドの調製＞
ＴＨＦを蒸留し、脱水、脱気した。ナフタレンを昇華により精製した。グローブボックス中をアルゴン雰囲気下にした。このアルゴン雰囲気下で、前記精製済のナフタレン０．０５ｇ（０．３９ｍｍｏｌ）を含む乾燥ＴＨＦ溶液（５ｍｌ）を調製した。この溶液に、洗浄した金属ナトリウム片０．０７５ｇ（３．２６ｍｍｏｌ）を添加し、ナトリウムナフタレニド溶液を調製した。【００９４】
図１に、上記ナトリウムナフタレニドの調製から下記実施例１（カップ型ナノカーボンアニオンの製造）および実施例２（カップ型ナノカーボン誘導体の製造）に至るスキームを示す。同図中、符号１０は、カップスタック型カーボンナノチューブを示す。符号１２は、カップ型ナノカーボンアニオンを示す。符号１４は、ドデシル化されたカップ型ナノカーボンを示す。図示のとおり、ナフタレンは、ＴＨＦ中で金属ナトリウムにより還元され、ナトリウムナフタレニドが生成する。そして、ＴＨＦ中で、カップスタック型カーボンナノチューブ１０がナトリウムナフタレニドにより還元される。この還元反応により、個々に分離されたカップ型ナノカーボンアニオン１２のナトリウム塩が生成する。さらに、前記カップ型ナノカーボンアニオン１２は、１−ヨード−ｎ−ドデカンとの反応により、ドデシル化されたカップ型ナノカーボン１４を生成する。なお、図１は、可能な機構を例示する模式図である。同図およびその説明は、本実施例の反応機構、生成物等を何ら限定しない。
【実施例１】
【００９５】
＜カップ型ナノカーボンアニオンの製造＞
前記カップスタック型カーボンナノチューブから個々のカップ型ナノカーボンを分離した。そして、カップ型ナノカーボンアニオンのナトリウム塩を製造した。【００９６】
まず、前記ナトリウムナフタレニド溶液を、前記カップスタック型カーボンナノチューブ（５０ｍｇ）に添加した。この混合液を、アルゴン雰囲気下、室温で一晩撹拌して、還元反応を行った。この反応液を、孔径０．１μｍのポリテトラフルオロエチレン膜でろ過した。ろ別された固体を、無色になるまで、蒸留したＴＨＦで繰り返し洗浄した。洗浄した固体を、真空中、１００℃で２４時間静置し、乾燥した。このようにして、カップ型ナノカーボンアニオンのナトリウム塩を得た。【００９７】
前記還元反応の進行は、前記反応液の紫外−可視−近赤外（ＵＶ−Ｖｉｓ−ＮＩＲ）分光分析吸収スペクトル測定により、モニタリングした。還元剤であるナフタレンラジカルアニオンは、波長５００〜９００ｎｍに吸収帯を持つ。このため、前記波長領域の吸収帯の消失によって、還元反応の進行を確認した。前記還元反応において、この波長領域の吸収帯は、反応が進行するにつれて消失した。これは、ナトリウムナフタレニドのナフタレンラジカルアニオンからカップスタック型カーボンナノチューブへの電子移動が進行し、カップ型ナノカーボンアニオンが生成したことを意味する。【００９８】
図１５のグラフに、紫外−可視−近赤外（ＵＶ−Ｖｉｓ−ＮＩＲ）分光分析吸収スペクトルを示す。同図において、曲線（ａ）は、カップスタック型カーボンナノチューブの吸光度を示す。同図において、曲線（ｂ）は、前記カップスタック型カーボンナノチューブをナトリウムナフタレニドで還元した後の吸光度を示す。すなわち、カップ型ナノカーボンのナトリウム塩の吸光度である。同図において、曲線（ｃ）は、ナトリウムナフタレニドの吸光度である。同図に示すように、ナトリウムナフタレニドは、波長５００〜９００ｎｍに吸収帯を有するため、この消失により反応の進行を確認できることがわかる。【００９９】
前記カップスタック型カーボンナノチューブ（０．０２３ｇ）および前記カップ型ナノカーボンアニオンのナトリウム塩（０．０１５ｇ）について、固体状態のＥＳＲスペクトルを測定した。測定温度は２９８Ｋ（２５℃）とした。図１６に、ＥＳＲスペクトルの結果を示す。図１６（ａ）は、カップスタック型カーボンナノチューブのＥＳＲスペクトル図である。図１６（ｂ）は、前記カップ型ナノカーボンアニオンのナトリウム塩のＥＳＲスペクトル図である。図１６（ｂ）の挿入図は、図１６（ｂ）のスペクトルの一部の拡大図である。図１６（ｂ）の挿入図において、＊印は、Ｍｎ２＋マーカーのシグナルを示す。図１６（ａ）に示すように、前記還元反応前のカップスタック型カーボンナノチューブは、シグナルを示さなかった。これに対して、還元反応後の反応物は、図１６（ｂ）に示すとおり、ｇ＝２．００２５の位置に鋭いシグナルを示した。前記シグナルのｇ＝２．００２５という位置は、カリウムでドープしたグラファイトのシグナル位置（ｇ＝２．００２７）ときわめて近い。このシグナルにより、カップ型ナノカーボンラジカルアニオンの生成が確認された。【０１００】
図３に、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す。同図は、前記還元反応後の反応物の写真である。また、図６に、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真を示す。同図は、前記還元反応後の反応物の写真である。透過型電子顕微鏡写真は、２００キロボルトの加速電圧を印加して撮影した。図３は、カップスタック型カーボンナノチューブの写真である図２と比較すると、小さな分子に分解されていることがわかる。さらに、図６に示すように、個々に分離された３つのカップ型ナノカーボンが確認された。これらの結果より、カップスタック型カーボンナノチューブを還元することにより、カップ型ナノカーボンが個々に分離できることがわかる。また、図６に示すように、カップ型ナノカーボンは、上面および底面の口径よりも、底面と上面との間の長さの方が、若干大きかった。
【実施例２】
【０１０１】
＜カップ型ナノカーボン誘導体の製造＞
ｎ−ドデシル基が導入された、ドデシル化カップ型ナノカーボンを製造した。以下、ドデシル化誘導体という。まず、グローブボックス中を窒素雰囲気にした。この窒素雰囲気下において、１−ヨード−ｎ−ドデカン（２ｍＬ）と、実施例１で製造したカップ型ナノカーボンアニオンのナトリウム塩（０．０５ｇ）とを、脱気したＤＭＦ（５ｍＬ）中で混合した。この混合液を室温で一晩撹拌した。得られた懸濁液を、孔径０．１μｍのポリテトラフルオロエチレン膜でろ過した。ろ別した固体を、ヘキサンで洗浄し、次にメタノールで洗浄した。洗浄した固体を室温で乾燥した。このようにして、ｎ−ドデシル基が導入されたドデシル化誘導体を得た。【０１０２】
（１）形状の確認
図４に、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す。同図は、本実施例で得られた、ドデシル化誘導体の写真である。【０１０３】
図７および図１８に、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真を示す。透過型電子顕微鏡写真は、２００キロボルトの加速電圧を印加して撮影した。図７は、前記ドデシル化誘導体の写真である。また、図１８は、得られたドデシル誘導体を、倍率を変えて撮影した写真である。【０１０４】
図７において、分離された状態のドデシル化誘導体が確認できた。同図におけるドデシル化誘導体は、上面および底面の口径よりも、底面と上面との間の長さの方が、若干大きかった。また、図１８においても、同様に分離された状態の５個のドデシル化誘導体が確認できた。また、図１８においては、前記誘導体におけるドデシル基も確認できた。【０１０５】
（２）ドデシル化の確認
図１７に、ＩＲ（赤外）スペクトル図（臭化カリウム（KBr）錠剤法により測定）を示す。図１７（ａ）は、カップスタック型カーボンナノチューブの結果である。図１７（ｂ）は、前記カップスタック型カーボンナノチューブをナトリウムナフタレニドで還元し、ドデシル化した後の反応物の結果である。図１７（ｂ）に示すように、ν＝２９１８ｃｍ−１および２８５０ｃｍ−１のシグナルが確認された。この結果は、ドデシル基のＣ−Ｈ結合の存在を意味する。この結果から、前記反応物が、ｎ−ドデシル基が導入されたドデシル化カップ型ナノカーボンであることが確認できた。【０１０６】
（３）カップ型ナノカーボンへの分離の確認
図８に、動的光散乱（ｄｙｎａｍｉｃ  ｌｉｇｈｔ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）測定によるサイズ分布図を示す。図８（ａ）は、精製カップスタック型カーボンナノチューブの測定結果である。図８（ｂ）は、ドデシル化誘導体の測定結果である。動的光散乱測定は、いずれも、２５℃、ＴＨＦ中で行った。サイズは、動的光散乱測定結果における平均サイズである。カップスタック型カーボンナノチューブおよびドデシル化誘導体の平均サイズとは、それぞれ長手方向の長さの平均である。図８（ａ）に示すように、精製カップスタック型カーボンナノチューブは、平均サイズが数千ｎｍであった。これに対し、ドデシル化誘導体は、図８（ｂ）に示すように、平均サイズが数十ｎｍであった。この結果から、カップスタック型カーボンナノチューブが個々のカップ型ナノカーボンに分離され、ドデシル化誘導体が得られていることが確認できた。なお、本実施例において、動的光散乱測定における「平均サイズ」とは、自己相関関数の減衰速度から算出した粒子のストークス径の数平均粒子径を示す。【０１０７】
前記動的光散乱は、株式会社堀場製作所のＬＢ−５００（商品名）粒子サイズ分析器を用いて測定した。以下、同様である。この分析器は、約１〜６０００ｎｍの範囲の粒子サイズを測定できる。【０１０８】
（４）分散性
精製カップスタック型カーボンナノチューブとドデシル化誘導体について、懸濁液を調製し、それぞれの分散性を確認した。まず、精製カップスタック型カーボンナノチューブ（０．００１ｇ）を、ＴＨＦ（１０ｍＬ）中に加えた。この混合物に、７０ワットで１５分間、超音波を照射し、懸濁液とした。一方、前記ドデシル化誘導体（０．００１ｇ）を、ＴＨＦ（１０ｍＬ）中に加えた。この混合物に、７０ワットで１５分間、超音波を照射し、懸濁液とした。これらの懸濁液を静置し、変化を観察した。図１９に、これらの結果を示す。図１９（ａ）は、精製カップスタック型カーボンナノチューブの懸濁液の写真である。図１９（ｂ）は、ドデシル化誘導体の懸濁液の写真である。図１９（ａ）および（ｂ）において、左の各図が、調製直後の懸濁液の写真であり、右の各図が、静置１時間後の懸濁液の写真である。図１９（ａ）に示すように、カップスタック型カーボンナノチューブの懸濁液は、調製直後は、均一な外観であった。しかし、前記懸濁液は、静置後、カップスタック型カーボンナノチューブとＴＨＦとの分離が確認された。これに対して、図１９（ｂ）に示すように、ドデシル化誘導体は、懸濁液の調製後だけでなく、静置後においても、均一な分散が維持された。この結果から、カップスタック型カーボンナノチューブと比較して、カップ型ナノカーボンが分散性に優れることがわかった。【０１０９】
（５）各種特性
本実施例で得られたドデシル化誘導体を各種溶媒に懸濁し、動的光散乱測定を行った。懸濁液の調製は、前記（４）と同様に行った。溶媒として、ＴＨＦ、テトラクロロエチレン、クロロホルム、アセトニトリル、ベンゾニトリルを使用した。各懸濁液について、前述の粒子サイズ分析器を用いて、粘度、比誘電率、および、サイズを測定した。これらの結果を、下記表１に示す。表１において、粘度は、２５℃での値である。サイズは、動的光散乱測定結果における平均サイズである。表１に示すとおり、アセトニトリル、ベンゾニトリルのような極性溶媒中では、カップ型ナノカーボン誘導体の凝集が観察された。しかし、カップ型ナノカーボン誘導体は、下記表１の通り、ＴＨＦ等の他の溶媒中では凝集しなかった。このように、本実施例のカップ型ナノカーボン誘導体は、溶媒選択により分散性を制御できることが確認された。なお、極性溶媒中における凝集の理由は必ずしも明らかではない。前記理由としては、例えば、カップ型ナノカーボン誘導体の極性が低いために、極性溶媒との親和性が低く、凝集したことが考えられる。より具体的には、例えば、カップ型ナノカーボン誘導体のドデシル基どうしの相互作用であると推測される。なお、この推測は、本発明を限定しない。【０１１０】
【表１】
0005119451.tif 000002
【実施例３】
【０１１１】
＜カップ型ナノカーボンアニオンの製造＞
実施例１とは異なる還元剤を用い、カップスタック型カーボンナノチューブから個々のカップ型ナノカーボンを分離した。そして、カップ型ナノカーボンアニオンを含む塩を製造した。すなわち、カップスタック型カーボンナノチューブを、１，１’−ジベンジル−３，３’−ジカルバモイル−１，１’，４，４’−テトラヒドロ−４，４’−ビピリジン（BNAダイマーまたは(BNA)2ともいう）により還元し、個々に分離されているカップ型ナノカーボンアニオンを得た。【０１１２】
還元剤の１，１’−ジベンジル−３，３’−ジカルバモイル−１，１’，４，４’−テトラヒドロ−４，４’−ビピリジン（BNAダイマー）は、Wallenfels,  K.;  Gellerich,  M.  Chem.  Ber.  1959,  92,  1406.  および  Patz,  M.;  Kuwahara,  Y.;  Suenobu,  T.;  Fukuzumi,  S.  Chem.  Lett.  1997,  567.  の記載に従い、以下のようにして合成した。なお、原料の１−ベンジル−１，４−ジヒドロニコチンアミド塩酸塩（BNA+Cl-ともいう）は、市販品を用いた。すなわち、まず、20mLの水に12gの亜鉛粉末を加えて撹拌した。そこに、硫酸銅水溶液（無水硫酸銅4g＋水40mL）を加えた。続いて、濃アンモニア水20mLおよびメタノール100mLを加えた。その混合液を強く撹拌し続けながら、BNA+Cl-水溶液（BNA+Cl-  10g＋水40mL）を加えた。前記混合液の色は、直ちに黄色に変化した。20分後、前記混合液を濾過した。残渣に対し、N2雰囲気下、40mL熱エタノールでの抽出を４回繰り返した。そのエタノール溶液を合わせ、減圧下、313-323K（40〜50℃）で、生成物が析出し始めるまでエタノールを留去した。その後、前記溶液を253K（マイナス20℃）に冷却した。生成した淡黄色結晶をN2雰囲気下で濾取した。この淡黄色結晶の機器分析値を、J.  Am.  Chem.  Soc.  1998,  120,  8060-8068.  に記載の値と比較し、目的のBNAダイマーであることを確認した。BNAダイマーは、酸に対し敏感であり、また、特に溶液中では、光および酸素に対し敏感であるため、取り扱いには注意を要する。なお、BNAダイマーのUVスペクトルは以下の通りである。【０１１３】
BNAダイマー：
UV(MeOH):268nm(ε=6.3×103M-1cm-1),  348nm(ε=7.3×103M-1cm-1).【０１１４】
実施例１で原料として用いたものと同じカップスタック型カーボンナノチューブ（１ｍｇ）を、脱水、脱気したアセトニトリル（１０ｍＬ）中に加えた。次いで、この混合液に、７０ワットで１５分間、超音波を照射し、カップスタック型カーボンナノチューブを分散させた。得られた分散液に１×１０-４ｍｏＬの１，１’-ジベンジル−３，３’−ジカルバモイル−１，１’，４，４’−テトラヒドロ−４，４’−ビピリジン（BNAダイマー）を加えた。この溶液に、キセノンランプで光（波長３４０ｎｍ以上）を１２分間照射し、BNAダイマーを光励起し、カップスタック型カーボンナノチューブを還元した。この還元反応は、前記光照射開始後３０秒毎に、紫外可視吸収分光法による測定で追跡した。光照射の終了後、前記溶液を、アルゴン雰囲気中、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）および透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）測定用のグリッド上に滴下した。そして、室温で真空乾燥させた。このようにして、カップ型ナノカーボンアニオンを含む塩を得た。【０１１５】
図１３のＵＶスペクトル図に、本実施例における還元反応を紫外可視吸収分光法により追跡した結果を示す。同図中、縦軸は吸光率（吸光度）であり、横軸は波長である。同図中、約３５０ｎｍにおけるピークは、(BNA)2に起因する。還元反応が進行するにつれて、このピークが減少している。これは、(BNA)2が分解することを示す。一方、約２６０ｎｍにおけるピークは、(BNA)2が分解することにより生成する陽イオン(BNA+)に起因する。還元反応が進行するにつれて、このピークが強くなっている。これは、BNA+が生成していることを示す。これらの変化を、図１３挿入図に併せて示す。図１３挿入図中、縦軸は、図１３における波長３４８ｎｍの吸光度および波長２６０ｎｍの吸光度である。横軸は、前記還元反応時における光照射開始後の時間である。図１３挿入図に示すとおり、波長３４８ｎｍにおけるピークは、反応が進行するにつれて減少し、反応開始後７００秒でほぼ０となった。一方、波長２６０ｎｍにおけるピークは、反応開始時はほぼ０であったが、反応が進行するにつれて増加した。これらにより、(BNA)2が分解してBNA+が生成したことが確認された。すなわち、カップスタック型カーボンナノチューブが還元され、カップ型ナノカーボンアニオンが生成したことが確認された。【０１１６】
図９および１０は、それぞれ、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。図９は、カップスタック型カーボンナノチューブの精製後、還元前の写真である。即ち、本実施例で原料として用いたカップスタック型カーボンナノチューブの写真である。図１０は、カップスタック型カーボンナノチューブのBNAダイマーによる還元後の写真である。即ち、本実施例で得られた、個々に分離しているカップ型ナノカーボンの写真である。図１０は、カップスタック型カーボンナノチューブの写真である図９と比較すると、小さな分子に分解されていることがわかる。【０１１７】
図１１および１２は、それぞれ、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真である。これらの透過型電子顕微鏡写真では、２００キロボルトの加速電圧を印加した。図１１は、カップスタック型カーボンナノチューブの精製後、還元前の写真である。即ち、本実施例で原料として用いたカップスタック型カーボンナノチューブの写真である。図１２は、カップスタック型カーボンナノチューブのBNAダイマーによる還元後の写真である。即ち、本実施例で得られた、個々に分離しているカップ型ナノカーボンアニオンの写真である。図１１では、カップスタック構造が観察された。これに対し、図１２では、個々に分離されている１つのカップ型ナノカーボンアニオンを観察することができた。図示のとおり、撮影された個々のカップ型ナノカーボンアニオンは、口径よりも、底面と上面との間の長さの方が、若干大きかった。
【実施例４】
【０１１８】
＜カップ型ナノカーボンアニオンの製造＞
溶媒および反応物質の使用量と反応時間を変えた以外は実施例と同様にしてカップ型ナノカーボンアニオンを含む塩を製造した。カップスタック型カーボンナノチューブの使用量は０．０５ｍｇであった。脱水、脱気したアセトニトリルの使用量は、３．１ｍＬであった。BNAダイマーの使用量は、２．１×１０−７ｍｏＬであった。キセノンランプによる光照射時間は、２５分間であった。還元反応は、実施例３と同様、紫外可視吸収分光法による測定で追跡した。【０１１９】
図２０のＵＶスペクトル図に、本実施例における還元反応を紫外可視吸収分光法により追跡した結果を示す。同図中、縦軸は吸光率（吸光度）であり、横軸は波長である。同図中、約３５０ｎｍにおけるピークは、(BNA)2に起因する。還元反応が進行するにつれて、このピークが減少している。これは、(BNA)2が分解することを示す。一方、約２６０ｎｍにおけるピークは、(BNA)2が分解することにより生成する陽イオン（BNA+）に起因する。還元反応が進行するにつれて、このピークが強くなっている。これは、BNA+が生成していることを示す。これらの変化を、図２１に併せて示す。同図中、縦軸は、図２０における波長３４８ｎｍの吸光度および波長２６０ｎｍの吸光度である。横軸は、前記還元反応時における光照射開始後の時間である。同図に示すとおり、波長３４８ｎｍにおけるピークは、反応が進行するにつれて減少し、反応開始後約１５００秒でほぼ０となった。一方、波長２６０ｎｍにおけるピークは、反応開始時はほぼ０であったが、反応が進行するにつれて増加した。これらにより、(BNA)2が分解してBNA+が生成したことが確認された。すなわち、カップスタック型カーボンナノチューブが還元され、カップ型ナノカーボンアニオンが生成したことが確認された。【０１２０】
なお、実施例４における生成物の元素分析値を測定したところ、C,90.86;  H,0.85;  N,  0.36%.であった。これは、C577(C12H13N2O)・26(H2O)からの計算値C,  93.06;  H,  0.89;  N,  0.37に対応する。この測定結果によれば、カップ型ナノカーボンアニオンの炭素原子５７７個に対し、カウンターイオンとしてBNA+１個が存在していた。【０１２１】
図２２のスキームに、実施例３および４において推定可能な反応機構を示す。図示の通り、(BNA)2すなわちBNAダイマーは、カップスタック型カーボンナノチューブ（CSCNTs）に電子を与えて還元する。その結果、カップスタック型カーボンナノチューブからカップ型ナノカーボンアニオンが分離される。一方、BNAダイマーは、(BNA)2・+すなわちBNAダイマーラジカルカチオンとなる。BNAダイマーラジカルカチオンは、C-C結合の開裂により、BNA+とBNAラジカルになる。BNAラジカルは、別のカップスタック型カーボンナノチューブに電子を与えてBNA+となる。その結果、前記カップスタック型カーボンナノチューブが還元され、カップ型ナノカーボンアニオンが分離される。ただし、図２２およびその説明は、推定可能な機構の一例に過ぎず、本発明を何ら限定しない。【０１２２】
本実施例（実施例４）で製造したカップ型ナノカーボンアニオン塩（０．０２０ｇ）について、固体状態のＥＳＲスペクトルを測定した。測定温度は２９８Ｋ（２５℃）とした。図２３に、そのＥＳＲスペクトルの結果を示す。図示のとおり、カップ型ナノカーボンアニオン塩は、ｇ＝２．００１８の位置に鋭いシグナルを示した。このシグナルにより、実施例３と同様、カップ型ナノカーボンラジカルアニオンの生成が確認された。【０１２３】
図２４は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。図２４（ａ）は、カップスタック型カーボンナノチューブの精製後、還元前の写真である。即ち、本実施例で原料として用いたカップスタック型カーボンナノチューブの写真である。図２４（ｂ）は、カップスタック型カーボンナノチューブのBNAダイマーを本実施例（実施例４）で還元した後の写真である。即ち、個々に分離しているカップ型ナノカーボンの写真である。図２４（ｂ）は、カップスタック型カーボンナノチューブの写真である図２４（ａ）と比較すると、小さな分子に分解されていることがわかる。【０１２４】
図２５は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真である。これらの透過型電子顕微鏡写真では、２００キロボルトの加速電圧を印加した。図２５（ａ）は、カップスタック型カーボンナノチューブの精製後、還元前の写真である。即ち、本実施例で原料として用いたカップスタック型カーボンナノチューブの写真である。図２５（ｂ）は、カップスタック型カーボンナノチューブのBNAダイマーによる還元後の写真である。即ち、本実施例で得られた、個々に分離しているカップ型ナノカーボンアニオンの写真である。図２５（ａ）では、カップスタック構造が観察された。これに対し、図２５（ｂ）では、個々に分離されている３つのカップ型ナノカーボンアニオンを観察することができた。図示のとおり、撮影された個々のカップ型ナノカーボンアニオンは、口径よりも、底面と上面との間の長さの方が、若干大きかった。なお、図２５（ｂ）の写真による観察では、カップ型ナノカーボンアニオンの上面の口径は約５０ｎｍ、長さは約２００ｎｍであった。【０１２５】
図２６に、動的光散乱測定によるサイズ分布図を示す。同図中、横軸はサイズであり、縦軸はピーク強度である。サイズの定義は、実施例２で行った動的光散乱測定と同様である。測定温度は２５℃（２９８Ｋ）であった。溶媒は、脱水および脱気したアセトニトリルを用いた。同図中、ピークａは、精製カップスタック型カーボンナノチューブの測定結果である。ピークｃは、本実施例（実施例４）で得られたカップ型ナノカーボンアニオンの測定結果である。ピークｂは、BNAダイマーの使用量を１０分の１（２．１×１０−８ｍｏＬ）とした以外は本実施例と同様にしてカップスタック型カーボンナノチューブを還元した後の測定結果である。同図中、ピークａに示すとおり、カップスタック型カーボンナノチューブは、約８５０±３３０ｎｍというサイズを示した。これに対し、ピークｃは、約２１０±５７ｎｍというサイズを示した。このサイズは、写真２５（ｂ）から観察されるカップ型ナノカーボンアニオンの長さ（約２００ｎｍ）と良い一致を示す。また、ピークｂは、ピークａとｃの中間のサイズを示した。この原因は必ずしも明らかではない。還元剤の使用量が少なかったために、一部のカップ型ナノカーボンが分離されず、積層されたまま残ったためと推測される。ただし、この推測は、本発明を何ら限定しない。なお、本発明では、このように、一部のカップ型ナノカーボンのみを分離してもよいことは、前述の通りである。【０１２６】
図２７に、別の動的光散乱測定によるサイズ分布図を示す。同図中、横軸はサイズであり、縦軸はピーク強度である。サイズの定義は、前記と同様である。測定温度は２５℃（２９８Ｋ）であった。同図中、ピークａは、本実施例（実施例４）で得られたカップ型ナノカーボンアニオンの測定結果である。測定溶媒は、脱水および脱気したアセトニトリルを用いた。同図中、ピークｂは、同じカップ型ナノカーボンアニオンを酸素飽和アセトニトリル中で測定した結果を示す。ピークａでは、サイズは約２７０±９０ｎｍであった。これに対し、ピークｂでは、サイズは約５４０±９０ｎｍと大きくなっていた。この理由は必ずしも明らかではない。理由としては、カップ型ナノカーボンアニオンが酸素で酸化されて中性分子となり、再度積層したことが考えられる。ただし、本発明は、この考察により限定されない。【０１２７】
なお、実施例３および４のカップ型ナノカーボンアニオンは、溶媒等の測定条件を変えても、酸素存在下ではサイズの増大が見られた。これに対し、置換基を導入したカップ型ナノカーボンは、酸素存在下でも、ＴＨＦ、テトラクロロエチレン、クロロホルム等の溶媒中では凝集しなかった。詳細は、実施例２で述べた通りである。すなわち、置換基の導入により、再積層が妨げられ、分散性が良くなっていると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
以上により、本発明によれば、カップスタック型カーボンナノチューブから個々のカップ型ナノカーボンを分離し、カップ型ナノカーボンを製造する方法を提供することができる。したがって、本発明によれば、個々に分離されたカップ型ナノカーボンを提供することができる。このように個々のカップ型ナノカーボンを分離することで、例えば、溶媒に対する溶解度または分散性が向上し、取り扱いやすくなる。また、置換基を導入して誘導体とするなどの化学修飾がしやすくなる。【０１２９】
本発明により提供されるカップ型ナノカーボン誘導体は、置換基の性質等に応じて様々な性能を発現することが可能である。これにより、本発明の前記カップ型ナノカーボン誘導体は、種々の用途への応用が期待できる。例えば、従来のカーボンナノチューブと同様、超高集積化が可能な分子素子、水素などの各種ガスの吸蔵材料、電界放出ディスプレー（ＦＥＤ）用部材、電子材料、電極材料、樹脂成形品用添加剤などの機能性材料としての用途が考えられる。さらに、色素増感太陽電池に用いられる電解質への添加剤、燃料電池の電極等、種々の用途への応用が期待できる。
【図８】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２３】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２２】
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【図２４】
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【図２５】
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