炭素と金属原子の二成分クラスターの幾何構造と金属フラーレンの生成機構

碳和金属原子二元簇的几何结构及金属富勒烯的形成机制

基本信息

批准号：
06224226
负责人：
中嶋敦
金额：
$ 0.9万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1994
资助国家：
日本
起止时间：
1994 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

炭素クラスターは直線構造や環構造を取ることが知られ、この環構造の変形が3次元フラーレン構造への成長の鍵を握っていると考えられている。一方、シリコン原子は数原子程度のサイズから3次元構造をとり、この構造の違いが炭素-シリコンの二成分フラーレンがこれまで生成できていない理由であると考えられている。本研究では、異原子の混ざったフラーレンの生成方法を提案するために、炭素クラスターに硫黄原子またはシリコン原子を混ぜその生成機構を調べた。硫黄やシリコンなどを混ぜた炭素クラスターを生成させるために、試料粉を混ぜて棒状に成型し、これをレーザー蒸発法させる方法を開発した。このため、成型用のダイスとパルスノズルを本研究費で購入した。また検出感度を向上させるために高い電圧の加速電源とマイクロチャンネルプレートを本研究費で新たに購入した。この結果、炭素-シリコンクラスターを様々な組成で生成させることができ、炭素クラスターの異性化(相変化)が追跡できた。また、硫黄元素を含むクラスターでは、CnS(n=3‐5)は生成できたものの、本方法では生成機構の追跡には限界があることが分かった。以下に、炭素-シリコンクラスター負イオンの光電子スペクトルの結果について述べる。Si原子だけのクラスターの光電子スペクトルとC原子が1個混ざったクラスターの光電子スペクトルとを比較すると、総原子数を同じにして見るとスペクトルの特徴(ピークの形状や本数など)がよく似ていた。これはSinクラスターにC原子を混ぜるとその1個目のC原子はSi原子のように振舞うことを示している。一方、CnクラスターにSi原子を混ぜると、直線構造と環構造とに由来する光電子スペクトルが得られ、シリコン原子によって炭素クラスターの環構造への異性化が促進されることがわかった。したがって、シリコンを含む二成分フラーレンの生成では炭素のかご構造の形成の終結期にシリコン原子を混ぜる必要があることが、本研究からわかった。

已知碳簇具有线性或环状结构，并且这种环状结构的变形被认为是生长成三维富勒烯结构的关键。另一方面，硅原子从几个原子的尺寸开始就具有三维结构，这种结构差异被认为是迄今为止无法生产碳硅二元富勒烯的原因。在本研究中，为了提出一种生产与不同原子混合的富勒烯的方法，我们通过在碳簇中添加硫或硅原子来研究生产机理。为了生成与硫、硅等混合的碳簇，我们开发了一种方法，其中混合样品粉末，形成棒状，然后进行激光蒸发。因此，用这笔研究经费购买了成型模具和脉冲喷嘴。此外，为了提高检测灵敏度，本研究经费购买了新型高压加速电源和微通道板。结果，我们能够生成具有各种成分的碳硅簇，并能够跟踪碳簇的异构化（相变）。此外，虽然能够在含有元素硫的簇中产生CnS（n=3-5），但发现使用该方法追踪生产机制存在局限性。下面，我们将讨论碳硅团簇负离子的光电子能谱结果。比较仅包含 Si 原子的团簇的光电子能谱和包含 1 个 C 原子的团簇的光电子能谱，发现当观察相同的情况时，光谱的特征（峰的形状和数量等）非常相似。原子总数。这表明当一个C原子混合到一个Sin簇中时，第一个C原子的行为就像一个Si原子。另一方面，当Si原子与Cn团簇混合时，获得了源自线性和环状结构的光电子能谱，这表明硅原子促进碳团簇异构化为环状结构。因此，本研究揭示，在含硅双组分富勒烯的生产中，有必要在碳笼结构形成的最后阶段混合硅原子。