金属内包フラーレン/ナノチューブの構造と電子物性の研究

内嵌金属富勒烯/纳米管的结构和电子性能研究

基本信息

批准号：
02F02355
负责人：
篠原久典
金额：
$ 0.26万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

種々の金属内包フラーレンの多量生成には、本研究グループが独自に開発した、嫌気下回収大型アーク放電装置を用いて、エルビウム(Er)とユーロピウム(Eu)を内包したフラーレンを多量に生成した。特に特記すべき結果は、Eu@C74からEu@C90までのC2おきのすべてのユーロピウム金属内包フラーレンの生成と単離に世界に先駆けて成功したことである。それは、当初の研究目的を十二分に達成している。これらの成功は、多段階の高速液体クロマトグラフィーの分離手段の開発によるところが大きい。一般にユーロピウム金属内包フラーレンを代表とする2価の金属内包フラーレンはその生成量が少ないため、現在までに構造や物性の評価はほとんどされていない。本研究では、ユーロピウム内包フラーレンの生成量を向上させるためにNiやCoを補助触媒として用いて、従来の数倍の生成効率を得るととに成功した。現在までの研究でユーロピウム内包フラーレンでは吸収スペクトルの類似性から、内包されたユーロピウム原子は2価をとることが予想されている。今回、in situ EELS(電子エネルギー損失分光)たよろて、生成・単離されたEu@C74からEu@C90までのユーロピウム内包フラーレンのユーロピウム原子は2価を取っていることを直接、証明することに成功した。ユーロピウム化合物はバルク化合物ではユーロピウム原子は3価をとることと対比すると極めて興味深い。また、シンクロトロンX線回折実験を行い各種のユーロピウム内包フラーレンの結晶および分子構造を決定することに成功した。また、本プロジェクトでは、Eu@C82金属内包フラーレンを内包した単層カーボンナノチューブ(SWNT:通称、ピーポッド),(Eu@C82)n@SWNT,の合成にも世界に先駆けて成功した。高分解能透過型電子顕微鏡(HRTEM)観察によって、Eu原子を室温で直接観察することに成功した。また、ユーロピウム・ピーポッドはガドリニクム・ピーポッドなどの3価の金属フラーレン・ピーポットと比較して、原子のフラーレン中での静止度は低いことが解明された。

为了大量生产各种内嵌金属富勒烯，我们利用课题组自主研发的大型电弧放电厌氧回收装置，大量生产了含铒（Er）和铕（Eu）的富勒烯。一个特别值得注意的结果是，我们是世界上第一个成功生产和分离从Eu@C74到Eu@C90的所有C2铕内嵌富勒烯的人。已经超出了最初的研究目的。这些成功很大程度上归功于多级高效液相色谱分离工具的开发。一般来说，二价金属富勒烯如铕金属富勒烯的产量很少，因此迄今为止几乎没有对其结构和物理性质进行评估。在本研究中，我们使用Ni和Co作为辅助催化剂来提高铕内嵌富勒烯的产量，并成功获得了比传统方法高数倍的生产效率。迄今为止的研究表明，在铕内嵌富勒烯中，由于吸收光谱的相似性，预计内嵌铕原子是二价的。这次，我们利用原位EELS（电子能量损失光谱）直接证明了制备并分离出的Eu@C74至Eu@C90铕内嵌富勒烯的铕原子是二价的。与大块化合物中铕原子是三价的事实相比，铕化合物非常有趣。我们还进行了同步加速器X射线衍射实验，成功确定了各种铕内嵌富勒烯的晶体和分子结构。此外，在该项目中，我们在国际上首次成功合成了含有Eu@C82内嵌金属富勒烯的单壁碳纳米管（SWNTs，俗称豆荚），(Eu@C82)n@SWNTs。我们成功地使用高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）在室温下直接观察Eu原子。还发现，铕豆荚的原子在富勒烯中的静止度比三价金属富勒烯豆荚（例如钆豆荚）的静止程度低。