九州大学大学院工学研究院／カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所（I²CNER）教授の中嶋直敏氏らの研究グループは，京都大学教授の松田一成氏らとの共同研究で，単層カーボンナノチューブ（SWNT）の電子準位を「実験なし」で決定出来る「経験式」を確立した。

単層 CNT（SWNT）は螺旋度（巻き方）が異なった多くの混合物として合成され，これらはカイラリティ（n,m）SWNT で表記される。この（n,m）の値が異なると電子準位（酸化電位，還元電位，フェルミ準位，仕事関数）が異なる。研究グループは，2009 年に「その場フォトルミネッセンス分光電気化学」により（n,m）SWNT（直径 0.7〜1.1nm）の電子準位を実験的に決定できることを報告している。

しかしSWNTには，巻き方（n,m）が異なる（直径も異なる）多くのSWNTが存在し，これらの違いにより，電子準位が異なる。ところが，これらを実験的に決定できるのは，直径 0.7〜1.5nm のSWNTに限られる。直径が1.5nm より大きくなると，孤立溶解（一本一本バラバラにほどけた状態）SWNTの調製が困難なこと，また，0.7nm のSWNTは合成 SWNT の中で，存在量自体が極めて少ない，という理由で，これらの（n,m）SWNT の電子準位は「実験なし」で決定する必要がある。このためには，「経験式」が必要となる。

研究グループはまず，「その場フォトルミネッセンス分光電気化学」が適用できる直径が小さい（5,4）SWNTs（d=0.620nm）の電子準位を決定し，以前決定した18種の（n,m）SWNT のデータと合わせ，直径0.5~2.5nmの電子準位を決定できる「経験式」を導き出すことに成功している。

これを用いて決定した 220 種のmod=1もしくはmod=2（巻き方のファミリーパターン）の（n,m）SWNTの酸化電位（Eox），還元電位（Ered）及びフェルミ準位（EF）をSWNTの直径に対して示したデータを図に示している。また，導き出した「経験式」を計算化学による理論的な値と比較し，「経験式」の優位性を明らかにした。

電子準位は，SWNTの基礎基盤特性であり，この研究成果は，カーボンナノチューブ科学に大きな学問的寄与を成すもの。電子準位が異なると（n,m）SWNT の物性（電子的性質など）が異なってくる。電子準位を知ることによって，CNT の様々な分野（エネルギー，エレクトロニクス，ナノ材料，複合材料など）への利用／応用に対して，目的の材料／システムのデザイン，構築をより適切に，精密に行なうことが可能となる。

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