解き放たれた電子親和力: 平坦なフラーレンフラグメントの驚くべき化学的能力

May 16, 2023

京都大学より2023年6月22日

フラーレンの対称性や曲率がなくても、五角形の下部構造を維持した設計された平坦なフラーレン断片は、フラーレンと同じ電子受容特性を示しました。 提供：株式会社ヤップ

球状の「バッキーボール」分子の断片は、安定した電子受容能力を備えており、実用的な可能性が非常に高いです。

Researchers at Kyoto University in Japan have gained new insights into the unique chemical properties of spherical molecules composed entirely of carbon atoms, called fullerenes. They did it by making flat fragments of the molecules, which surprisingly retained and even enhanced some key chemical properties. The team published their findings in the journal Nature Communications<em>Nature Communications</em> is a peer-reviewed, open-access, multidisciplinary, scientific journal published by Nature Portfolio. It covers the natural sciences, including physics, biology, chemistry, medicine, and earth sciences. It began publishing in 2010 and has editorial offices in London, Berlin, New York City, and Shanghai. " data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">ネイチャーコミュニケーションズ。

“Our work could lead to new opportunities in a wide range of applications, such as semiconductorsSemiconductors are a type of material that has electrical conductivity between that of a conductor (such as copper) and an insulator (such as rubber). Semiconductors are used in a wide range of electronic devices, including transistors, diodes, solar cells, and integrated circuits. The electrical conductivity of a semiconductor can be controlled by adding impurities to the material through a process called doping. Silicon is the most widely used material for semiconductor devices, but other materials such as gallium arsenide and indium phosphide are also used in certain applications." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">半導体、光電変換デバイス、電池、触媒などの研究が行われています」と物質細胞集積システム拠点（iCeMS）の深沢愛子グループリーダーは語る。

バックミンスターフラーレン (または単に「バッキーボール」) は、60 個の炭素原子が結合して球形を形成した分子です。 この名前は、有名な建築家バックミンスター フラーが設計した測地線ドームとの構造的類似性にちなんで命名され、そのユニークな構造は科学者の関心を引き続けています。 バックミンスターフラーレンと、異なる数の炭素原子を持つ関連する球状炭素クラスターは、フラーの姓にちなんで口語的にフラーレンとして知られています。 それらの最も興味深い特性の 1 つは、電子を受け入れる能力、つまり還元として知られるプロセスです。 フラーレンとその誘導体は、その電子受容特性により、有機薄膜トランジスタや有機太陽光発電における電子輸送材料として広く研究されてきました。 それにもかかわらず、フラーレンは、複数の電子を受け入れる堅牢性により、他の従来の有機電子受容体と比較して異常な種類の材料です。

理論化学者らは、フラーレンの電子受容能力の背後にある可能性のある 3 つの要因として、分子全体の高い対称性、ピラミッド状に配置された結合を持つ炭素原子、および 6 員環に分散された五角形の部分構造の存在であると提案しています。

京都チームは五角形のリングの影響に着目した。 彼らはフラーレンの平らな断片を設計・合成し、これらの分子が分解することなく構造内の五員環の数と同数までの電子を受け入れることができることを実験的に確認した。

「この驚くべき発見は、安定した多重電子受容系を生成するための五角形基礎構造の重要な重要性を浮き彫りにしています」と深沢氏は言う。