新しい構造をもつ金属内包フラーレンの理論予測と物性解明

新结构内嵌金属富勒烯的理论预测及物性阐明

基本信息

批准号：
11165234
负责人：
小林郁
金额：
$ 3.26万
依托单位：
Tokyo Metropolitan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

项目摘要

(1)Sc_<3-n>La_nN@C_<80>(n=0-3)の構造と電子状態昨年度にSc_3N@C_<80>の構造と電子状態を明らかにしたが、本年度はScをLaで置換したSc_<3-n>La_nN@C_<80>(n=0-3)の理論計算を行った。ケージのC_<80>は6-の状態が安定であるが、La原子の数が増す(nが大きくなる)にしたがって(Sc_<3-n>La_nN)^<8+>C_<80>^<8->の電子状態に近づく。また、C_<80>の空間的な制限のために、内包される(Sc_<3-n>La_nN)^<8+>が不安定なピラミッド構造を強いられる。これらの結果、nが大きくなるほど不安定になり、実験での生成比と一致するという興味深い結果を得た。(2)Sc_2@C_<84>の異性体の構造これまでに単離されているSc_2@C_<84>の3つの異性体のうち、2つは我々が理論予測した構造と実験結果が一致する。残りの1つは、理論と実験で提唱する構造が異なり、^<13>C-NMRのピークの本数に1本食い違いがある。ところが、実験で提案された構造は不安定なばかりでなく、ポテンシャルエネルギー曲面上の極小点に対応しないことを明らかにした。このことは、仮に実験で提案される構造が測定されると、倍近くのNMRピークを示すことを示しており、再実験の必要性を示唆した。(3)フラーレンの内部状態の変化フラーレン内部の性質を、静電ポテンシャルを用いて明らかにした。a)骨格のC原子をSi原子に置換する(ケイ素フラーレン)、b)原子数を増やす(巨大フラーレン)、c)フラーレンにCH_2やSiH_2などを付加する(フラーレン誘導体)ことにより、フラーレンの電子状態を変化させると、内部場が大きく変化することがわかった。このことは、金属内包フラーレンに付加反応を施すと、内包金属の位置が変わったり、止まっていた金属がある範囲内で動きだしたり、逆に動いていた金属が止まったりするという、興味深い結果を示している。

(1)Sc_<3-n>La_nN@C_<80>(n=0-3)的结构和电子态去年我们阐明了Sc_3N@C_<80>的结构和电子态，今年我们将阐明Sc_3N@C_<80>的结构和电子态阐明了La取代的Sc_3N@C_<80>的结构和电子态。笼的C_<80>在6态下稳定，但随着La原子数量的增加（n变大），(Sc_<3-n>La_nN)^<8+>C_<80>^接近<8->的电子态。此外，由于C_<80>的空间限制，所包含的(Sc_<3-n>La_nN)^<8+>被迫形成不稳定的金字塔结构。结果，我们得到了一个有趣的结果，n越大，它变得越不稳定，这与实验的生产率是一致的。 (2)Sc_2@C_<84>异构体的结构目前已分离出Sc_2@C_<84>的三种异构体，其中两种的实验结果与我们的理论预测结构一致。剩下的一个具有理论和实验提出的不同结构，并且 13 C-NMR峰的数量存在1个差异。然而，实验表明，所提出的结构不仅不稳定，而且不对应于势能面上的最小点。这表明，如果测量实验中提出的结构，则会显示出近两倍大的 NMR 峰，表明需要重新实验。 (3)富勒烯内部状态的变化利用静电势阐明富勒烯的内部性质。富勒烯的电子态改变是通过a）用Si原子取代骨架中的C原子（硅富勒烯），b）增加原子数（巨富勒烯），或c）在富勒烯中添加CH_2、SiH_2等（富勒烯衍生物）发现，当时，内场发生显着变化。这表明，当对内嵌金属富勒烯进行加成反应时，内嵌金属的位置发生变化，停止的金属在一定范围内开始移动，反之，移动的金属停止。