Hydrogen adsorption on single-walled carbon nanotubes studied by core-level photoelectron spectroscopy and Raman spectroscopy

内殻光電子分光とラマン分光による単層カーボンナノチューブの水素吸着

登倉 明雄*; 前田 文彦*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆 ; 高木 大輔*; 本間 芳和*; 渡辺 義夫*; 小林 慶裕*

Tokura, Akio*; Maeda, Fumihiko*; Teraoka, Yuden; Yoshigoe, Akitaka; Takagi, Daisuke*; Homma, Yoshikazu*; Watanabe, Yoshio*; Kobayashi, Yoshihiro*

その場放射光内殻光電子分光とラマン分光を用いて、垂直に揃ったカーボンナノチューブの原子状水素吸着が研究された。C1s内殻光電子スペクトルから単層カーボンナノチューブの炭素原子のCH結合に由来する成分を同定した。さらに、プラズモン励起が抑制されることも見いだした。これは水素吸着が結合を改質することを示唆している。単層カーボンナノチューブのラマンスペクトルからは、ラジカル呼吸モードの強度が水素吸着誘起結合改質によって減少することがわかった。さらに、小さな直径の単層カーボンナノチューブの方がその減少がより大きい。これらの結果から、水素吸着はspからspへの結合改変をもたらし、また、それは単層カーボンナノチューブの直径に依存することがわかった。

We have investigated the adsorption of atomic hydrogen on vertically aligned carbon nanotube using synchrotron-radiation-based core-level photoelectron spectroscopy and Raman spectroscopy. From C1s spectra, we identified a peak component due to CH bonds of carbon atoms in single-walled carbon nanotubes. We also found the suppression of -plasmon excitation, indicating that the hydrogen adsorption deforms the bonding structure. Raman spectra of the single-walled carbon nanotubes indicated that the radial-breathing-mode intensities decreased due to the adsorption-induced bonding-structure deformation. Moreover, the decrease for single-walled carbon nanotubes with small-diameter was more severe than that for large-diameter. Our results strongly suggest that the hydrogen adsorption, which induces the structure deformation from sp to sp bonding, depends on the diameter of SWCNTs.