発光法によるフラーレンおよびナノチューブ生成過程の直接観測

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12740317
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 岡崎 俊也 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 助手 (90314054)
• キーワード: 金属内包フラーレン / サマリウム / EELS / カーボンナノチューブ / TEM / peapod

研究概要

第1に、反応中の試料からの発光を時間分解測定することによって、パルスアーク放電法によるカーボンナノチューブ生成過程を吟味した。具体的には高速ビデオカメラによって、ナノチューブ合成現場をその場観察し、放電パルス幅依存性を調べた。その結果によると、ナノチューブの収率のよい条件(パルス幅3ミリ秒程度)では、温度の高い炭素クラスターの雲が比較的長い間(数百ミリ秒)存在していた。これよりナノチューブの生成には数百ミリ秒の比較的遅いタイムスケールでの現象が重要であることがわかった。第2に、サマリウム内包金属フラーレンに関する研究をおこなった。アーク放電法によって種々のサマリウム内包フラーレンを合成し、高速クロマトグラフィーでC_<74>からC_<84>までのケージを持つサマリウムフラーレンを世界で初めて単離した。また、フラーレン中のサマリウムの電子状態を、電子エネルギー欠損分光法等によって直接観測したところ、サマリウムはケージの大きさに関わらず+2価状態であることがわかった。この観測結果は簡単な熱化学サイクルモデルによって、再現することができた。第3に、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の大量合成に世界で初めて成功した。Gd@C_<82>を内包したSWNTのラマン測定から、この物質においては金属→フラーレン→SWNTへ電子移動が起こっていることを示唆する興味深い結果を得た。また、SWNT中でサマリウム金属内包フラーレンを重合反応させ、フラーレンに内包されていたサマリウムがサマリウムカーバイドに変化していく様を、透過型電子顕微鏡でリアルタイム観測することにも成功した。

研究成果

• [文献書誌] T.Okazaki,K.Suenaga,Y.Lian,Z.Gu and H.Shinohara: "Intrafullerene electron transfers in Sm-containing metallofullerenes : Sm@C_<2n> (74【less than or equal】2n【less than or equal】84)"J.Mol.Graphics Modell.. (印刷中). (2001)
• [文献書誌] K.Suenaga,T.Okazaki,H.Shinohara,S.Iijima, et al.: "Element-selective single atom imaging"Science. 290. 2280-2282 (2000)
• [文献書誌] K.Hirahara,T.Okazaki,H.Shinohara,S.Iijima, et al.: "One dimensional metallofullerenes crystal generated inside single-walled carbon nanotube"Phys.Rev.Lett.. 85. 5384-5387 (2000)
• [文献書誌] T.Okazaki,K.Suenage,Y.Lian,Z.Gu and H.Shinohara: "Direct EELS observation of the oxidation states of Sm atoms in Sm@C_<2n> metalfullerenes (74【less than or equal】2n【less than or equal】84)"J.Chem.Phys.. 113. 9593-9597 (2000)
• [文献書誌] T.Okazaki,Y.Lian,Z.Gu,K.Suenaga and H.Shinohara: "Isolation and Spectroscopic Characterization of Sm-Containing Metallofullerenes"Chem.Phys.Lett. 320. 435-440 (2000)
• [文献書誌] 岡崎俊也,篠原久典: "フラーレン・ナノチューブ(材料合成を中心に)"New Diamond. 59. 21-24 (2000)