フッ素-炭素クラスター錯体の生成とπ電子系の物性制御、機能発現

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1.C_<60>F_x、C_<70>F_Xの生成C_<60>、C_<70>と単体フッ素との直接反応、液体HF中でのフッ素化反応、強いルイス酸触媒であるAsF_5存在下でのフッ素化反応によって、C_<60>F_x、C_<70>F_x(20(〕 SY.ltoreq. 〔)x(〕 SY.ltoreq. 〔)49)が生成する。xは反応温度と時間に依存する。2.組成とC-F結合の性質xが30程度のC_<60>F_x、C_<70>F_xのXPS C_<1s>スペクトルは同一分子中に3種類の異なった電子状態(E_B=284.5、287、289eV)が存在していることを示している。一方、XPS F_<1S>スペクトルは単一のピークを示すことから、C-F結合はすべて等価であることがわかる。これらの結果はC_<60>、C_<70>にフッ素が付加するときのフッ素-フッ素原子間の強い反撥を緩和するために、球状炭素骨格を形成しているC-C結合距離が著しく伸長していることに由来すると考えられる。3.リチウム電池正極特性Li/1M LiClO_4-PC/C_<60>F_x,C_<70>F_x(x(〕 SY.gtoreq. 〔)32)セルのサイクリックボルタンメトリー、放電特性を調べた。C_<60>F_x、C_<70>F_xいずれを正極とした場合もOCV(〕 SY.simeq. 〔)4V、放電電位(〕 SY.simeq. 〔)3.6〜3.8V(電流密度=100μA/cm^2)であった。この電池系はOCVが高く過電圧が非常に小さいのが特徴である。OCV=4VとしたときのC_<60>F_<60>の理論エネルギー密度は3456Wh/Kgである。正極利用率(C_<60>F_<40>=46%、C_<70>F_<32>=54%)の向上が今後の課題である。4.電荷移動錯体C_<60>-AsF_6の生成C_<60>とAsF_5/F_2混合気体との反応によって深青色の電荷移動錯体C_<60>・(AsF_6)_xが生成した。グラファイト層間化合物と対応させると、AsF_6^-のドーピングによって半導体→金属のバンド構造の変化が期待され、構造、物性を調べつつある。5.C_<60>F_x、C_<70>F_xの結晶構造X線結晶構造解析により、C_<60>F_x、C_<70>F_xのいずれも室温では各分子が自由に回転してfcc構造をとり、フッ素付加により格子定数はC_<60>、C_<70>よりもそれぞれ3A程度大きくなることが明らかにされた。