環状炭素クラスターの振電状態の解明

• 研究課題/領域番号: 09740430
• 研究種目: 奨励研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 物理化学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 若林 知成 京都大学, 大学院理学研究科, 助手 (30273428)
• 研究期間 (年度): 1997 – 1998
• 研究課題ステータス: 完了 (1998年度)
• 配分額: 2,300千円 (直接経費: 2,300千円); 1998年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 1997年度: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円)
• キーワード: carbon clusters / monocyclic rings / laser ablation / mass spectroscopy / matrix isolation / UV absorption / photoelectron spectroscopy / IR absorption / UV-vis absorption / dethydroannulenes

研究概要

C_<60>をはじめとするフラーレン分子の生成中間体として、また、未同定の星間空間バンドの起源物質として注目を集めている、環状構造の炭素クラスターC_nについて、電子状態、振動構造を明らかにするために、グラファイトのタンデムパルスレーザー光照射による質量分析法、および、低温マトリックス分離分光法を用いた研究を行った。
環状構造の炭素クラスターは、ヘリウム等の冷却ガス中でグラファイトのレーザー蒸発を行うことにより生成することが知られているが、本研究では、冷却ガスのない条件下で炭素棒のレーザーアブレーションを行い、環状炭素クラスターの生成を試みた。検出の都合上、測定は負イオンについて行った。真空中でグラファイト表面に単発のパルスレーザー光を照射して生成する負イオンは、そのほとんどが直鎖構造のクラスターであるが、レーザー光照射の約100μs後に、別のパルスレーザー光を同じグラファイト表面に照射することによって、先の照射により生成した中性炭素クラスターに電子付着させると、C_<10^->負イオンが選択的に生成することが明らかになった。このC_<10^->について光電子スペクトルを測定し、電子親和力、バンド構造等の考察から、C_<10^->およびC_<10>が環状構造であることを確認した。真空中のレーザーアブレーションにより、環状構造の炭素クラスターが生成するという報告は過去に例がない。
低温マトリックス分離分光では、未同定の紫外吸収帯の整理をほぼ終え、その帰属は最終的な詰めの段階にきている。真空中で環状構造の炭素クラスター、特にC_<10>が多く生成することから、未同定バンドの幾つかは環状構造の炭素クラスターに帰属されると考えられる。

研究成果

• [文献書誌] T.Wakabayashi et al.: "Preferential Formaiton of C_<10>- upon Tandem Irradiation of Graphite with IR and UV Laser Pulses" J.Chem.Phys.107. 1152-1155 (1997)
• [文献書誌] T.Wakabayashi et al.: "Photoelectron Spectroscopy of C_n- Produced from Laser Ablated Dehydroannulene Derivatives Having Carbon Ring Size of n=12,16,18,20,and 24" J.Chem.Phys.107. 4783-4787 (1997)
• [文献書誌] T.Wakabayashi et al.: "Towards the Selective Formation of Specific Isomers of Fullerenes:T-and p-Dependence in the Yield of Various Isomers of Fullerence C_<60>-C_<84>" Z.Phys.D. 40. 414-417 (1997)
• [文献書誌] Y.Tobe et al.: "[16.16.16](1,3,5)Cyclophanetetracosayne(C_<60>H_6): Aprecursor to C_<60> Fullerene" J.Am.Chem.Soc.120. 4144-4545 (1998)
• [文献書誌] D.Kasuya et al.: "The Study on the Fullerene Formation Process by a Laser Furnace Technique and an HPLC Analysis for Higher Fullerenes up to C_<96>" The European physical journal.D. (in press).
• [文献書誌] T.Wakabayashi et al.: "Photoelectron Spectroscopy of C_n-Produced from Laser Ablated Dehydroannulene Derivatives Having Carbon Ring Size of n=12,16,18,20,and 24" J.Chem.Phys.107. 4783-4787 (1997)
• [文献書誌] T.Wakabayashi et al.: "Preferential Formation of C_<10>-upon Tandem Irradiation of Graphite with IR and UV Laser Pulses" J.Chem.Phys.107. 1152-1155 (1997)
• [文献書誌] T.Wakabayashi et al.: "Towards the Selective Formation of Specific Isomers of Fullerenes:T-and p-Dependence in the Yield of Various Isomers of Fullerenes C_<60>-C_<84>" Z.Phys.D. 40. 414-417 (1997)
• [文献書誌] Y.Tobe et al.: "A New Entry into Cyclo[n]carbon:[2+2]Cycloreversion of Propellane-Annelated Dehydroannulenes" J.Am.Chem.Soc.118. 2758-2759 (1996)
• [文献書誌] Y.Tobe et al.: "Generation of Cyclocarbons with 4n Carbon Atoms(C_<12>,C_<16>,and C_<20>)by[2+2]Cycroreversion of Propellane-Annelated Dehydroannulenes" Angew.Chem.Int.Ed.Engl.35. 1800-1802 (1996)
• [文献書誌] M.Miki et al.: "Infrared Spectroscopic Studies of Carbon Clusters Trapped in Solid Parahydrogen" J.Phys.Chem.100. 12135-12137 (1996)