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

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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。