13/03/07 21:37:48.88
村田靖次郎 化学研究所教授、加藤立久 高等教育研究開発推進機構教授、永瀬茂 福井謙一記念研究センターシニアリサーチフェローならびに赤阪健 筑波大学生命領域学際研究センター教授らの研究グループは、
世界で初めて、サブナノサイズの空間に閉じ込めたヘリウム原子の構造解析に成功し、さらにヘリウム原子と窒素原子を同時に内包したフラーレンの合成手法を開発しました。
本研究成果は、2013年3月5日（英国時間）に英国科学誌「Nature Communications」のオンライン速報版で公開されました。
■研究のポイント
・ヘリウム原子の単結晶X線構造解析に世界で初めて成功
・2種類の手法の組合せにより、異種原子を同時に内包した新規フラーレンを創出
・有機太陽電池材料や有機トランジスタの性能向上に期待
■概要
ヘリウムは希ガスの中でも最も小さな原子であり、常圧では絶対零度付近においても液体であるため、常圧での単結晶X線解析による観測はこれまで例がありませんでした。
また、フラーレン内部に原子や分子を挿入する手法としては「アーク放電法」、「イオン注入法」、「高温高圧処理法」、
ならびに「有機化学的な分子手術法」が知られていますが、それぞれ、特定の元素に対してのみ適用されるに過ぎませんでした。
本研究では、分子手術法により合成したヘリウム内包C60の内包率を向上させるとともに、これをC60の内部に閉じ込めたままで単結晶化し、
SPring-8（ビームラインBL38B1）の強力なX線を用いることによって、単結晶解析においてヘリウム原子の観測に成功し、ヘリウム原子がフラーレン内部で動いている様子も明らかとなりました。
さらに、フラーレンC60とC70の内部には、ヘリウム原子が入っている状態でも狭い空間が残っています。
そこで、この空間にイオン注入法の一種である窒素プラズマ法を用いて、窒素原子を追加で内包させることを試みました。
その結果、C60とC70のいずれでも、ヘリウム原子と窒素原子が同時に内包されることが、窒素原子由来の電子スピン共鳴スペクトルおよび質量分析スペクトルの測定から確認されました。
今回、「分子手術法」と「窒素プラズマ法」を段階的に組み合わせることにより、これまでに報告例の無い、異種原子を同時に内包したフラーレンを合成する手法を開発しました。
この組合せは、多様な原子を内包したフラーレンの新しい合成法を提供するものであり、
世界中の産学機関で研究されている次世代の有機薄膜太陽電池や有機トランジスタの性能向上に向けたブレークスルーになります。
イメージ：
図1：ヘリウム原子（赤い球）を内包したフラーレンC60とヘリウム原子・窒素原子（青い球）の両方を内包したフラーレンC60
URLﾘﾝｸ(www.kyoto-u.ac.jp)
図2：単結晶X線回折により得られたヘリウム内包フラーレン（He＠C60）の構造（緑の球がヘリウム原子）
URLﾘﾝｸ(www.kyoto-u.ac.jp)
図3：ヘリウム原子内包フラーレン（「He＠C60」と「He＠C70」）に、それぞれ窒素ガス存在下で高周波プラズマ放電することにより、ヘリウム原子と窒素原子を内包するフラーレン「HeN＠C60」と「HeN＠C70」が合成される。
URLﾘﾝｸ(www.kyoto-u.ac.jp)
ソース：単結晶Ｘ線解析によるヘリウム原子の観測、ならびに異種原子を同時に内包させたフラーレンの合成に世界で初めて成功
URLﾘﾝｸ(www.kyoto-u.ac.jp)
（続きます）