光電子分光法による孤立五員環則を満足しない内包フラーレンの電子構造解明

• Project/Area Number: 24550026
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Physical chemistry
• Research Institution: Ehime University
• Principal Investigator: 日野 照純 愛媛大学, 理工学研究科, 教授 (10105827)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮崎 隆文 愛媛大学, 理工学研究科, 准教授 (70260156) ; 八木 創 愛媛大学, 理工学研究科, 助教 (90442532)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2014: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2013: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2012: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
• Keywords: フラーレン / 内包フラーレン / 電子状態 / 紫外光電子分光 / X線光電子分光 / 光電子分光

Research Abstract

通常では不安定と考えられている孤立五員環則（IPR）を満たさないC68フラーレンケージにSc3Nクラスターを内包した金属内包フラーレンSc3N@C68の紫外光電子スペクトル（UPS）とX線光電子スペクトル（XPS）の測定に成功した。UPSを解析するために密度汎関数法（DFT）計算を行った。DFTにより得られたシミュレーションスペクトルは実測のUPS をよく再現するものであった。また、Sc3N@C68のHOMO-LUMOギャップは空のC68に比べると0.6 eVほど大きなことが明らかとなり、このギャップの大きさが本来は不安定であるNon-IPRのC68ケージを安定化させている要因であることが推測された。さらに、ケージサイズの異なるフラーレンケージにSc3Nクラスターが内包された一連のフラーレン、Sc3N@C68、Sc3N@C78やSc3N@C80のSc2pやN1sの結合エネルギーを比較してみると､ケージサイズが小さくなるほど結合エネルギーが小さくなる傾向が見られ、内包クラスターの電子状態には何らかのケージサイズ効果があることが判明した。
さらに、IPRを満足する一連の内包フラーレンTm2@C82 (III)、Tm2C2@C82 (III)、Gd3N@C80、Er3N@C80などのUPS及びXPSを測定を行い、これら内包フラーレンの価電子帯の電子構造や内包原子の電子状態に関する知見をえた。特に、単原子内包フラーレンTm@C82ではTmの価数が＋２であるのに対してTm原子が2個内包されたフラーレンではTm原子の価数が＋3となり、内包原子の価数は単純に個々の原子に依存するわけではなくさらなる検討が必要であることも明らかとなった。

Research Products

• [Journal Article] “Photoelectron Spectra of Thulium Atoms Encapsulated C82 Fullerene, Tm2@C82(III) and Tm2C2@C82 (III)” (2014)
  • Author(s): T.Miyazaki
  • Journal Title: Chem.Phys. Volume: 431/432 Pages: 47-50
  • DOI: 10.1016/j.chemphys.2014.01.005
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photoemission study of the electronic structure of azafullerene encapsulated single-walled carbon nanotubes (2013)
  • Author(s): Hajime Yagi, Youji Tokumoto, Masashi Zenki, Takeyuki Zaima, Takafumi Miyazaki, Georgios Rotas, Nikos Tagmatarchis, Yoko Iizumi, Toshiya Okazaki, Shojun Hino
  • Journal Title: Chem. Phys. Letts Volume: 570 Pages: 100-103
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2013.02.011
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] “Electronic Structure Sc3N@C68” (2013)
  • Author(s): S.Hino
  • Journal Title: Chem.Phys. Volume: 421 Pages: 39-43
  • DOI: 10.1016/j.chemphys.2013.06.004
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] “Ultraviolet Photoelectron Spectra of Lu Atom Encapsulated C2v-C82 Fullerenes” (2013)
  • Author(s): T.Miyazaki
  • Journal Title: Chem.Phys.Lett. Volume: 555 Pages: 222-225
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2012.11.069
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photoelectron Spectroscopy of Sc3N@C78 (2012)
  • Author(s): Shojun Hino*, Masashi Zenki, Takeyuki Zaima, Yusuke Aoki, Sosuke Okita, Tomona Ohta, Hajime Yagi, Takafumi Miyazaki, Ryohei Sumii, Haruya Okimoto, Yasuhiro Ito, Hisanori Shinohara
  • Journal Title: J. Phys. Chem. C Volume: 116 Pages: 165-170
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ultraviolet photoelectron spectra of Er2@C82 (I), Er2@C82 (III), Er2C2@C82 (I) and Er2C2@C82(III) (2012)
  • Author(s): T. Miyazaki, R. Sumii, H. Umemoto, H. Okimoto, Y. Ito, T. Sugai, H. Shinohara,T. Zaima, H. Yagi, S.Hino
  • Journal Title: Chem.Phys. Volume: 397 Pages: 87-91
  • DOI: 10.1016/j.chemphys.2012.01.007
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis and properties of 2-alkylidene-1,3-dithiolo[4,5-d]-4,5-ethylenediselenotetrathiafulvalene derivatives and crystal structures of their cation radical salts (2012)
  • Author(s): K. Furuta, S. Kohno, T. Shirahata, K. Yamasaki, S. Hino, Y. Misaki
  • Journal Title: Crystals Volume: 2 Issue: 2 Pages: 393-412
  • DOI: 10.3390/cryst2020393
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Sc3C2@C80の紫外光電子スペクトル (2013)
  • Author(s): 宮崎隆文・大北壮祐・財満壮晋・西龍彦・泉乃里子・中西勇介・八木創・篠原久典・日野照純
  • Organizer: 第45回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • Place of Presentation: 大阪市
• [Presentation] Er3N@C80の光電子分光 (2013)
  • Author(s): 日石孝宏・清野雄真・八木創・宮崎隆文・西龍彦・篠原久典・日野照純
  • Organizer: 第45回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • Place of Presentation: 大阪市
• [Presentation] 密度汎関数法によるSc2C2@C82の電子状態計算 (2013)
  • Author(s): 清野 友真・日石 孝宏・八木 創・宮崎 隆文・日野 照純
  • Organizer: 第７回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 京都市
• [Presentation] 多核原子内包フラーレン－紫外光電子スペクトルと構造・電子状態（X） (2013)
  • Author(s): 宮崎 隆文・日野 照純
  • Organizer: 第７回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 京都市
• [Presentation] ルテチウム内包フラーレンの電子構造とクラスターの内包構造 (2013)
  • Author(s): 宮崎隆文・清野雄真・K. Rasika Koswattage・八木創・野田祥子・篠原久典・日野照純
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島市
• [Presentation] Electronic strucutre of endohedral fullerenes (2013)
  • Author(s): Shojun Hino
  • Organizer: The 11th China-Japan Joint _Symposium on Conduction and Photoconduction in Organic Solids and Related Phenonema
  • Place of Presentation: Changchun, China
• [Presentation] Hf2C2@C84の紫外光電子スペクトル (2013)
  • Author(s): 宮崎隆文・太田知那・中西勇介・西龍彦・八木創・篠原久典・日野照純
  • Organizer: 日本物理学会第68回年次大会
  • Place of Presentation: 東広島市
• [Presentation] 密度汎関数法を用いた金属内包フラーレンHf2C2@C84の電子構造 (2012)
  • Author(s): 太田知那、西龍彦、八木創、宮崎隆文、篠原久典、日野照純
  • Organizer: 第6回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 東京
• [Presentation] 多核原子内包フラーレン－紫外光電子スペクトルと構造・電子状態（IX) (2012)
  • Author(s): 宮崎隆文・中西勇介・佐々木祐生・西龍彦・小笠原直子・大北壮祐・八木創・篠原久典・日野照純
  • Organizer: 第6回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 東京
• [Presentation] Gd3N@C80の紫外光電子スペクトル (2012)
  • Author(s): 宮崎隆文・小笠原直子・太田知那・西龍彦・中西勇介・佐々木祐生・篠原久典・日野照純
  • Organizer: 日本物理学会2012年秋季大会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] 内包フラーレンの電子状態と構造 (2012)
  • Author(s): 日野照純
  • Organizer: 日本化学会西日本大会
  • Place of Presentation: 佐賀市
  • Invited
• [Presentation] 密度汎関数法によるクラスター内包フラーレンの理論的解析 (2012)
  • Author(s): 太田知那、八木創、宮崎隆文、日野照純
  • Organizer: 日本化学会西日本大会
  • Place of Presentation: 佐賀市
• [Presentation] Lu内包フラーレンの光電子分光 (2012)
  • Author(s): 日石孝宏・中西勇介・西龍彦・大北壮祐・太田知那・八木創・宮崎隆文・篠原久典・日野照純
  • Organizer: 日本化学会西日本大会
  • Place of Presentation: 佐賀市
• [Presentation] 密度汎関数法による単核内包フラーレンの電子状態 (2012)
  • Author(s): 清野友真・太田知那・宮崎隆文・日野照純
  • Organizer: 日本化学会西日本大会
  • Place of Presentation: 佐賀市
• [Presentation] フラーレンの光電子分光、20年
  • Author(s): 日野照純
  • Organizer: UVSORシンポジウム2013
  • Place of Presentation: 岡崎市
  • Invited