超不活性空間での不安定化学種のボトムアップ構築による構造・物性の定常化と応用

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本研究では，有機合成，およびプラズマを用いたフラーレン内部への原子・分子挿入法を併用することで，超不活性空間として知られるフラーレン内部における 未踏不安定化学種のその場構築，および構造・物性の定常化を目指す。課題の達成により，未踏不安定化学種の構造・物性相関へアプローチするとともに，『不安定化学種の新科学』の開拓へ向けた研究基盤を構築することができる。2022年度は，初年度に構造決定を達成した標的分子①（一分子の水で水和されたリチウムイオンを内包したC60：Li+-H2O@C60）の高効率合成法を検討し，新たに合成した試料を用いて，内包Li+-H2Oの温度可変赤外スペクトル測定を試みた。温度の低下に伴う内包化学種の運動変化により，100 K付近から特徴的なスペクトルが観測され，100 K以下の低温域において，過去に赤外解離分光法により気相中で測定されたLi+-H2Oクラスターの赤外スペクトルと同様のスペクトルが得られている。すなわち，『C60内部に内包させる』ことにより，気相中でのみ取り扱い・測定が可能であった化学種ですら，固体試料として精密な分光実験が可能であることを実証した。一方，標的分子②（Li+-He内包C60）については，合成プロセスにおけるいくつかの問題のため，未だ単離には至っておらず，最終年度も引き続き合成法の検討を実施したい。また，初年度より引き続き，プラズマプロセスの高効率化および生成物の抽出効率向上を志向した装置改良等を進め，当初用いていたプロセスの２~10倍程度の収率でイオン打ち込み反応後の生成物を単離可能となっている。最終年度も引き続き検討を続け，以降の研究に活用する。