炭素クラスターを利用した有機/無機コンポジット薄膜の作製とその物性に関する研究

碳团簇制备有机/无机复合薄膜及其物理性能研究

• 批准号: 13750619
• 负责人: 高橋 英志
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750619/
• 关键词: 炭素クラスター; 薄膜; 有機; 無機コンポジット

本研究ではフラーレンを3次元基板として利用し,表面に金属元素を配列させ薄膜化することで大きい比表面積を持った有機/無機コンポジット薄膜作製することを目的とする.フラーレン表面に直接炭素-遷移金属の結合を持たせることは困難と考えられるため,第一段階としてフラーレン,遷移金属の両者と結合を形成しうる硫黄を介在させることを試みた.高速液体クロマトグラフィーにより純度99%以上に精製したC_<60>及びC_<70>と硫黄をそれぞれ溶解したトルエン溶液(フラーレン=1.67x10^<-4>mol/dm^3,硫黄=1.33x10^<-1>mol/dm^3)を作製し,数日間放置することにより希薄溶液からフラーレン/硫黄化合物の結晶が生成することを見出した.本化合物の組成はC_<60>S_<16>(C:78.91atm%,S=21.09atm%)及びC_<70>S_<16>(C:81.4atm%,S=18.6atm%)であり,その構造はC_<60>S_<16>はC-centered monoclinic(a=20.874(1)Å,b=21.139(1)Å,c=10.5690(6)Å,β=111.93(1)゜),C_<70>S_<16>はprimitive monoclinic,(a=1.5271nm, b=1.49971nm, c=2.18024nm and β=109.791゜)であることがわかった.上記構造から計算される密度は1.894g/cm^3(C_<60>S_<16>)及び1.91g/cm^3(C_<70>S_<16>)であり,これは実測密度1.86g/cm^3(C_<60>S_<16>)及び1.88g/cm^3(C_<70>S_<16>)と良く一致する.これら結晶の赤外線吸収スペクトル、ラマン散乱スペクトル及びNMR分析の結果からフラーレン類のピークが明確に観測され,結晶中においてフラーレン類の骨格の構造は保持されていることが判明した.以上の結果から,本化合物はフラーレンと熱力学的に最も安定な形態の硫黄(S_8リング)で構成された構造となっていることがわかった.第一原理計算の結果,C_<60>S_<16>結晶中のC_<60>と硫黄の間には電荷移動が生じているものと考えられ,これはC_<60>結晶の結果とは大きく異なることがわかった.

在这项研究中，目的是通过将富勒烯用作3D基板并在表面上排列金属元素以形成薄膜，从而创建具有较大特定表面积的有机/无机复合薄膜。由于很难直接在表面上直接粘结碳转换金属，因此我们试图插入硫，这可以与富勒烯和过渡金属形成键。 TOL溶解C_ <60>和C_ <70>的硫，分别通过高性能液相色谱纯化为纯度或更多。我们发现，通过准备ENE溶液（富勒烯= 1.67x10^<-4> mol/dm^3，硫= 1.33x10^<-1> mol/dm^3），从稀溶液中产生富勒烯/硫化合物的晶体，并将其保留几天。该化合物的组成为C_ <60> S_ <16>（C：78.91ATM％，S = 21.09ATM％）和C_ <70> S_ <16>（C：81.4ATM％，s = 18.6ATM％），结构为C_ <60> S_ <60> S_ <60> S_ <60> S_ <60> S_ <60>是C_ <60> s_ <16。单斜（A = 20.874（1）Å，B = 21.139（1）Å，C = 10.5690（6）Å，Å，β= 111.93（1）゜），C_ <70> S_ <16>是原始的单斜晶，（a = 1.5271nm，b = 1.49971nm，c = 1.499971nm，c = 1.49991nm，c = 1.49971nm， = 109.791°）。从上述结构计算得出的密度为1.894g/cm^3（C_ <60> S_ <16>）和1.91G/CM^3（C_ <70> S_ <16>），这与测量密度非常吻合1.86G/CM^3（C_ <60> S_ <60> S_ <60> S_ <16）和1.88g/cm^3（C_ <60> s_ <60> S_S_ <16）。这些晶体的红外吸收光谱，拉曼散射光谱和NMR分析结果。清楚地观察到了物种的峰，发现富勒烯骨架的结构保留在晶体中。从上面的结果中可以发现，该化合物由富勒烯和热力学最稳定的硫形式（S_8环）组成。第一个原理计算的结果表明，电荷转移发生在C_ <60> S_ <16>晶体之间，这与C_ <60>晶体的晶体显着不同。

项目成果

H.Takahashi, N.Sato, A.Muramatsu, S.Matsubara, K.Tohji, E.Matsubara: "Synthesis of fullerene/sulfur compounds"Proceedings of The Fourth Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing (PRICM 4). 647-650 (2001)

H.Takahashi、N.Sato、A.Muramatsu、S.Matsubara、K.Tohji、E.Matsubara：“富勒烯/硫化合物的合成”第四届环太平洋先进材料与加工国际会议 (PRICM 4) 论文集。

H.Takahashi, E.Matsubara, S.Matsubara, N.Sato, A.Muramatsu, K.Tohji: "Co-deposition of fullerenes sulfur from diluted solution"Fullerenes, Nanotubes, and Carbon Nanostructures. Vol.10,No.3. 217-226 (2002)

H.Takahashi、E.Matsubara、S.Matsubara、N.Sato、A.Muramatsu、K.Tohji：“从稀释溶液中共沉积富勒烯硫”富勒烯、纳米管和碳纳米结构。