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：
02F00355
负责人：
篠原久典
金额：
$ 0.9万
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 2003
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-02F00355/
关键词：
金属内包フラーレンユーロピウム内包フラーレン多段階高速液体クロマトグラフィーアーク放電法電子エネルギー損失分光価数ピーポッド金属内包フラーレン・ピーポッドテルビウム金属内包フラーレンユーロピウム金属内包フラーレン単層カーボンナノチューブ電子状態異性体 13C-NMR HPLC

项目摘要

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、エルビウムとユーロピウム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、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を補助触媒として用いて、従来の数倍の生成効率を得ることに成功した。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)によって、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。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。さらに、本研究では、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原子を室温で直接イメージ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ウム・ピーポッドと比較して、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。本研究によって、金属炭素ナノ集合体がもつ新規な構造特性および特異な物性が解明され、今まで未知の分野であったクラスター科学と物質科学のフロンテイアが切り開かれたと思う。

为了大量生产内嵌金属富勒烯，课题组利用自主研发的大型电弧放电无氧回收装置，大量生产了含铒和铕的富勒烯。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高效液相色谱分离工具的开发。一般来说，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，通过原位EELS（电子能量损失光谱），我们成功地直接证明了制备和分离的Eu@C74至Eu@C90铕内嵌富勒烯中的铕原子是二价的。与铕原子在块体化合物中是三价的事实相比，这是非常有趣的。此外，在这项研究中，我们在世界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（SWNT：俗称豆荚）（Eu@C82）n@SWNT。我们成功地使用高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）在室温下直接对铕原子进行成像。研究还表明，铕豆荚的原子在富勒烯中的稳定性比钆豆荚的原子要低。我相信这项研究阐明了金属-碳纳米组件的新颖结构特征和独特的物理性质，开辟了簇科学和材料科学的前沿，这些都是迄今为止未知的领域。