2000 Fiscal Year Annual Research Report
新しい構造をもつ金属内包フラーレンの理論予測と物性解明
| Project/Area Number |
11165234
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
小林 郁 東京都立大学, 理学研究科, 助手 (30285093)
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| Keywords | 金属内包フラーレン / 内部場 / 静電ポテンシャル / 理論予測 / 分子軌道法 / 密度汎関数法 / 構造 / 電子状態 |
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| Research Abstract |
(1)Sc_<3-n>La_nN@C_<80>(n=0-3)の構造と電子状態
昨年度にSc_3N@C_<80>の構造と電子状態を明らかにしたが、本年度はScをLaで置換したSc_<3-n>La_nN@C_<80>(n=0-3)の理論計算を行った。ケージのC_<80>は6-の状態が安定であるが、La原子の数が増す(nが大きくなる)にしたがって(Sc_<3-n>La_nN)^<8+>C_<80>^<8->の電子状態に近づく。また、C_<80>の空間的な制限のために、内包される(Sc_<3-n>La_nN)^<8+>が不安定なピラミッド構造を強いられる。これらの結果、nが大きくなるほど不安定になり、実験での生成比と一致するという興味深い結果を得た。
(2)Sc_2@C_<84>の異性体の構造
これまでに単離されているSc_2@C_<84>の3つの異性体のうち、2つは我々が理論予測した構造と実験結果が一致する。残りの1つは、理論と実験で提唱する構造が異なり、^<13>C-NMRのピークの本数に1本食い違いがある。ところが、実験で提案された構造は不安定なばかりでなく、ポテンシャルエネルギー曲面上の極小点に対応しないことを明らかにした。このことは、仮に実験で提案される構造が測定されると、倍近くのNMRピークを示すことを示しており、再実験の必要性を示唆した。
(3)フラーレンの内部状態の変化
フラーレン内部の性質を、静電ポテンシャルを用いて明らかにした。a)骨格のC原子をSi原子に置換する(ケイ素フラーレン)、b)原子数を増やす(巨大フラーレン)、c)フラーレンにCH_2やSiH_2などを付加する(フラーレン誘導体)ことにより、フラーレンの電子状態を変化させると、内部場が大きく変化することがわかった。このことは、金属内包フラーレンに付加反応を施すと、内包金属の位置が変わったり、止まっていた金属がある範囲内で動きだしたり、逆に動いていた金属が止まったりするという、興味深い結果を示している。
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[Publications] K.Kobayashi: "Theoretical Study of Structures of Sc_<3-n>La_nN@C_<80>(n=0-3)"J.Comput.Chem.. (印刷中).
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[Publications] Y.Kubozono: "Structures of La_2@C_<80> Studies by La K-edge XAFS"Chem.Phys.Lett.. 335. 163 (2001)
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[Publications] T.Akasaka: "La@C_<82> Anion. An Unusually Stable Metallofullerene"J.Am.Chem.Soc.. 122. 9316 (2000)
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[Publications] M.Moriyama: "Vibrational Spectroscopy of Endohedral Dimetallofullerene, La_2@C_<80>"Chem.Lett.. 524 (2000)
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[Publications] T.Akasaka: "Isolation and Characterization of two Pr@C_<82> isomers"Chem.Phys.Lett.. 319. 153 (2000)
