球形および多面体黒鉛変態の単離および生成機構に関する計算化学研究

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真新しい炭素形態、即ちカーボン・ナノオニオンそしてナノダイヤモンドに関する実験及び理論研究を行った。黒炭やナノダイヤモンドの電子イラディエーションにより7-12層をもつ球形オニオンが短時間で得られるがその量はかなり制限がある。そこで水中でのアーク放電によるグラファイトのナノオニオンへの変換の可能性を研究した。結果オニオンは生成されたが、不純物が多く化学的方法による純化を試みている。また高分解電子顕微鏡(HRTEM)によりナノダイヤモンドから多層フラーレンへの変換機構を解析した。オニオン層形成は外側から次第に進むが、1ナノダイヤモンドから1ナノオニオンが形成されるという仮説を証明することはできなかった。中心にダイヤモンドがありオニオン層がカバーしているという単純な描像はまちがっており、我々はより複雑な不規則構造を提案する。さらにオニオン生成のため超分散ダイヤモンドを取り出すためsp2-結合炭素構造を取り除く方法を開発した。高濃度ミネラルアシッドによる方法は表面酸化によりアグリゲーションを起こすので好ましくない。そこでスーパークリティカルウォーターを用いたハイドロサーマルな方法を使ったが、ナノダイヤモンドの色が透明となり表面の不規則物質が取られたことが明らかになった。しかしダイヤモンド粒子のアグリゲーションによるクラスターが形成されると、この方法では200nm程度のプライマリークラスターを破壊できないため限界があることも明らかになった。このクラスター破壊のため強超音波などを使った新しい方法を開発している。またナノダイヤモンドやオニオンの形状や反応性推測のため電子構造の解析など行った。化学修飾によりバンドギャップ、安定性などの異なる種が生成されることが観測された。カーボンナノダイヤモンドからナノオニオンへの変換の理論解析が現在の課題である。