JP3379886B2 - フラーレン類の合成方法 - Google Patents
フラーレン類の合成方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザーブレーク
ダウン反応を利用したフラーレン類の合成方法に関す
る。
ダウン反応を利用したフラーレン類の合成方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】フラーレンは、Ｃ60に代表されるサッカ
ーボール様の炭素からなる中空の物質である。Ｃ60以外
にもＣ70等の数種類が安定に存在するものとして知られ
ている。さらにフラーレンは、その中空内部に例えば、
金属を包接することも知られ、これら金属包接化合物は
新たな特性を示す物質として注目されている。またフラ
ーレンの薄膜は、非線形光学特性を有することも知られ
ており、非線形光学素子としての利用も期待されてい
る。
ーボール様の炭素からなる中空の物質である。Ｃ60以外
にもＣ70等の数種類が安定に存在するものとして知られ
ている。さらにフラーレンは、その中空内部に例えば、
金属を包接することも知られ、これら金属包接化合物は
新たな特性を示す物質として注目されている。またフラ
ーレンの薄膜は、非線形光学特性を有することも知られ
ており、非線形光学素子としての利用も期待されてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】フラーレンは炭素が燃
焼するときに生成することが知られ、その製法としては
主に、加熱フローガス中レーザー蒸発法、抵抗加熱法、
アーク放電法がある。但し、大量生産という観点から
は、効率が高いアーク放電法が用いられている。アーク
放電法では、２本のグラファイト電極間にアーク放電を
起こさせることにより、フラーレンを合成する。加熱フ
ローガス中レーザー蒸発法及び抵抗加熱法においても原
料はグラファイトである。グラファイト以外の原料を用
いる方法として、ベンゼンと酸素の混合ガスを燃焼させ
る燃焼法やナフタレンを熱分解するナフタレンを熱分解
法があるが、炭素源はベンゼンまたはナフタレンに限ら
れている。
焼するときに生成することが知られ、その製法としては
主に、加熱フローガス中レーザー蒸発法、抵抗加熱法、
アーク放電法がある。但し、大量生産という観点から
は、効率が高いアーク放電法が用いられている。アーク
放電法では、２本のグラファイト電極間にアーク放電を
起こさせることにより、フラーレンを合成する。加熱フ
ローガス中レーザー蒸発法及び抵抗加熱法においても原
料はグラファイトである。グラファイト以外の原料を用
いる方法として、ベンゼンと酸素の混合ガスを燃焼させ
る燃焼法やナフタレンを熱分解するナフタレンを熱分解
法があるが、炭素源はベンゼンまたはナフタレンに限ら
れている。
【０００４】ところで、本発明者は、フラーレン類の新
たな合成方法として先にレーザー気相反応によるヘテロ
フラーレンの製造方法を提案した〔特開平６−８０４１
１号〕。この方法では、不飽和炭化水素からなる第１の
原料と炭素原子以外の元素を含有する第２の原料とを含
む混合ガスにレーザー光を照射して気相反応を誘起させ
ることで、炭素以外の元素を異核種とするヘテロフラー
レンを製造する。この方法においては、前記レーザー光
を吸収して気相反応を誘起させることができる増感剤と
しての炭素原子以外の元素を含有する第２の原料が必須
である。増感剤なしには気相反応は誘起されない。ま
た、そのような増感剤は、例えば、ホウ素化合物であ
り、ホウ素化合物を増感剤として用いることで、ホウ素
を異核種とするヘテロフラーレンが生成する。
たな合成方法として先にレーザー気相反応によるヘテロ
フラーレンの製造方法を提案した〔特開平６−８０４１
１号〕。この方法では、不飽和炭化水素からなる第１の
原料と炭素原子以外の元素を含有する第２の原料とを含
む混合ガスにレーザー光を照射して気相反応を誘起させ
ることで、炭素以外の元素を異核種とするヘテロフラー
レンを製造する。この方法においては、前記レーザー光
を吸収して気相反応を誘起させることができる増感剤と
しての炭素原子以外の元素を含有する第２の原料が必須
である。増感剤なしには気相反応は誘起されない。ま
た、そのような増感剤は、例えば、ホウ素化合物であ
り、ホウ素化合物を増感剤として用いることで、ホウ素
を異核種とするヘテロフラーレンが生成する。
【０００５】この方法では、増感剤としての炭素原子以
外の元素を含有する第２の原料が必須であることから、
異核種を含まないフラーレンの合成は難しい。即ち、上
記レーザー気相反応では、増感剤を使用することなく、
かつ異核種を含まないフラーレンを得ることは難しい。
外の元素を含有する第２の原料が必須であることから、
異核種を含まないフラーレンの合成は難しい。即ち、上
記レーザー気相反応では、増感剤を使用することなく、
かつ異核種を含まないフラーレンを得ることは難しい。
【０００６】そこで本発明の目的は、種々の炭素源を用
いることが可能で、増感剤を使用する必要がなく、かつ
異核種を含まないフラーレンを得ることができるフラー
レン類の合成方法を提供することにある。
いることが可能で、増感剤を使用する必要がなく、かつ
異核種を含まないフラーレンを得ることができるフラー
レン類の合成方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、気体状の炭化
水素化合物にレーザー光を照射してブレークダウン反応
を起こさせることによりフラーレン類を生成させること
を特徴とするフラーレン類の合成方法に関する。
水素化合物にレーザー光を照射してブレークダウン反応
を起こさせることによりフラーレン類を生成させること
を特徴とするフラーレン類の合成方法に関する。
【０００８】
【発明の実施の態様】一般に、気体にレーザーのパルス
光を照射した場合、レーザー光の単位面積当たりのエネ
ルギー（フルエンス）が小さい場合には、レーザー光の
エネルギーは気体にほとんど吸収されない。ところが、
ある程度以上の強度のレーザー光を気体に照射すると、
レーザー光の時間的及び空間的な高輝度のために、気体
の誘電破壊（ガスブレークダウン）が生じる。気体の誘
電破壊により、気体の吸収波長に係わりなく、照射され
たレーザーエネルギーのほとんどが吸収される。レーザ
ーブレークダウン法を用いて例えば、炭化ホウ素（B4C)
の微粒子を合成する方法が知られている〔特開平３−２
１５３０９号〕。
光を照射した場合、レーザー光の単位面積当たりのエネ
ルギー（フルエンス）が小さい場合には、レーザー光の
エネルギーは気体にほとんど吸収されない。ところが、
ある程度以上の強度のレーザー光を気体に照射すると、
レーザー光の時間的及び空間的な高輝度のために、気体
の誘電破壊（ガスブレークダウン）が生じる。気体の誘
電破壊により、気体の吸収波長に係わりなく、照射され
たレーザーエネルギーのほとんどが吸収される。レーザ
ーブレークダウン法を用いて例えば、炭化ホウ素（B4C)
の微粒子を合成する方法が知られている〔特開平３−２
１５３０９号〕。
【０００９】本発明の方法では、気相状態にある炭化水
素化合物に、上記のような時間的及び空間的に高輝度の
レーザー光を照射する。これにより、炭化水素化合物が
吸収を示さない波長のレーザーであっても、炭化水素化
合物に吸収され、気相状態の炭化水素化合物は、ブレー
クダウン、即ち誘電破壊反応を起こす。その結果、フラ
ーレン類が生成する。誘電破壊反応を起こす時間的及び
空間的に高輝度のレーザー光とは、対象とする気体の種
類やレーザーの波長等によっても変化するが、例えば、
約１０6 〜１０9 Ｗ／ｃｍ2 の範囲の強度のレーザー光
である。
素化合物に、上記のような時間的及び空間的に高輝度の
レーザー光を照射する。これにより、炭化水素化合物が
吸収を示さない波長のレーザーであっても、炭化水素化
合物に吸収され、気相状態の炭化水素化合物は、ブレー
クダウン、即ち誘電破壊反応を起こす。その結果、フラ
ーレン類が生成する。誘電破壊反応を起こす時間的及び
空間的に高輝度のレーザー光とは、対象とする気体の種
類やレーザーの波長等によっても変化するが、例えば、
約１０6 〜１０9 Ｗ／ｃｍ2 の範囲の強度のレーザー光
である。
【００１０】原料として使用される炭化水素化合物には
特に制限はない。少なくとも、レーザーに対する吸収の
有無が原料としての適性を決めるファクターにはならな
いので、原料選択の自由度は高い。炭化水素化合物は、
例えば、芳香族炭化水素、飽和または不飽和脂肪族炭化
水素、及び飽和または不飽和脂環式炭化水素からなる群
から選ばれる１種または２種以上の化合物であることが
できる。但し、目的生成物が水素を含まない炭素化合物
（フラーレン）であるため、原料中の水素／炭素比は低
い方が収率等の観点から好ましい。そのため、原料炭化
水素化合物は、芳香族炭化水素、不飽和脂肪族炭化水
素、及び不飽和脂環式炭化水素であることが好ましい。
特に制限はない。少なくとも、レーザーに対する吸収の
有無が原料としての適性を決めるファクターにはならな
いので、原料選択の自由度は高い。炭化水素化合物は、
例えば、芳香族炭化水素、飽和または不飽和脂肪族炭化
水素、及び飽和または不飽和脂環式炭化水素からなる群
から選ばれる１種または２種以上の化合物であることが
できる。但し、目的生成物が水素を含まない炭素化合物
（フラーレン）であるため、原料中の水素／炭素比は低
い方が収率等の観点から好ましい。そのため、原料炭化
水素化合物は、芳香族炭化水素、不飽和脂肪族炭化水
素、及び不飽和脂環式炭化水素であることが好ましい。
【００１１】芳香族炭化水素は、例えば、ベンゼンやそ
の誘導体、ナフタレン等の多環式の芳香族炭化水素等も
挙げられる。また不飽和脂肪族炭化水素としては、アセ
チレン、エチレン、プロペン、ブテン、ブタジエン、ア
レン等を挙げることができる。不飽和脂環式炭化水素と
しては、シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘキセ
ン等を挙げることができる。
の誘導体、ナフタレン等の多環式の芳香族炭化水素等も
挙げられる。また不飽和脂肪族炭化水素としては、アセ
チレン、エチレン、プロペン、ブテン、ブタジエン、ア
レン等を挙げることができる。不飽和脂環式炭化水素と
しては、シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘキセ
ン等を挙げることができる。
【００１２】レーザーとしては、ブレークダウンを生じ
るものであれば、光源、波長等の条件には特に制限はな
い。レーザーとしては、例えば、パルスＹＡＧレーザ
ー、エキシマレーザー、パルスＣＯ2 レーザーまたは銅
蒸気レーザー等を挙げることができる。
るものであれば、光源、波長等の条件には特に制限はな
い。レーザーとしては、例えば、パルスＹＡＧレーザ
ー、エキシマレーザー、パルスＣＯ2 レーザーまたは銅
蒸気レーザー等を挙げることができる。
【００１３】本発明の方法は、例えば、図１に示す装置
を用いて実施することができる。図中、１はガラス製の
反応容器を示し、反応容器１の上部には、反応容器１内
部にガスを導入するための導入管２が設けられ、導入管
２と反応容器１との間には、コック３が介在する。ま
た、反応容器１の側部には、ＫＢｒ等からなるレーザー
光の入射窓が設けられている。５はレーザー光源であ
り、レーザー光源５の出力窓６から照射されるレーザー
光７は、ＢａＦ2 等からなるレンズ８で反応容器１内部
の気体に集光される。レーザー光源５は、上記のように
パルスＹＡＧレーザー等の各種レーザーから選択するこ
とができる。
を用いて実施することができる。図中、１はガラス製の
反応容器を示し、反応容器１の上部には、反応容器１内
部にガスを導入するための導入管２が設けられ、導入管
２と反応容器１との間には、コック３が介在する。ま
た、反応容器１の側部には、ＫＢｒ等からなるレーザー
光の入射窓が設けられている。５はレーザー光源であ
り、レーザー光源５の出力窓６から照射されるレーザー
光７は、ＢａＦ2 等からなるレンズ８で反応容器１内部
の気体に集光される。レーザー光源５は、上記のように
パルスＹＡＧレーザー等の各種レーザーから選択するこ
とができる。
【００１４】本発明の方法では、ブレークダウン反応を
起こさせるためには、単位面積及び単位時間当たり一定
以上の強度のレーザー光を照射する必要がある。そこ
で、レーザー光源の強度を決定する上では、この点を考
慮するとともに、レーザー光を気体原料に集光するため
に、上記のように凸レンズ８を用いる。本発明の方法
は、室温で行うことが出来るとともに、原料の蒸気圧等
を考慮して、室温以下の温度また昇温下で実施すること
もできる。また、反応完結に必要な時間は、原料の種
類、レーザーの種類や強度等により適宜決定できる。通
常は６０分間程度である。
起こさせるためには、単位面積及び単位時間当たり一定
以上の強度のレーザー光を照射する必要がある。そこ
で、レーザー光源の強度を決定する上では、この点を考
慮するとともに、レーザー光を気体原料に集光するため
に、上記のように凸レンズ８を用いる。本発明の方法
は、室温で行うことが出来るとともに、原料の蒸気圧等
を考慮して、室温以下の温度また昇温下で実施すること
もできる。また、反応完結に必要な時間は、原料の種
類、レーザーの種類や強度等により適宜決定できる。通
常は６０分間程度である。
【００１５】本発明の方法によれば、実施例で示すマス
スペクトルからも分かるように、Ｃ60のみではなく高次
のフラーレン（例えば、Ｃ70やＣ84等）も併せて合成す
ることができる。特にＣ60に対する高次フラーレンの生
成比率が高いという特徴を有する。生成物は、公知の方
法により適宜分離精製することで、目的とするフラーレ
ンを得ることができる。
スペクトルからも分かるように、Ｃ60のみではなく高次
のフラーレン（例えば、Ｃ70やＣ84等）も併せて合成す
ることができる。特にＣ60に対する高次フラーレンの生
成比率が高いという特徴を有する。生成物は、公知の方
法により適宜分離精製することで、目的とするフラーレ
ンを得ることができる。
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば、種々の炭素源を用い、
増感剤を使用することなく、異核種を含まないフラーレ
ンを得ることができるフラーレン類の合成方法を提供す
ることができる。
増感剤を使用することなく、異核種を含まないフラーレ
ンを得ることができるフラーレン類の合成方法を提供す
ることができる。
【００１７】
【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに説明す
る。 実施例１ 図１に示す装置において、３リットルの反応容器１に５
０Ｔｏｒｒのベンゼン蒸気を充填し、室温で、レーザー
光源５としてパルスＮｄ：ＹＡＧレーザー（１０６４ｎ
ｍ、１Ｊ／ｐｕｌｓｅ １０Ｈｚ）を用いて、レーザー
光を照射した（レーザー光強度４×１０7 Ｗ／ｃ
ｍ2 ）。レーザー光を照射するとブレークダウン反応が
生じたことを示す、光と音が生じた。反応終了後、生成
物を回収した。生成物のマススペクトルを図２に示す。
Ｃ60に相当するｍ／ｚ７２０を始め、Ｃ70、Ｃ84等の高
次フラーレンに相当するｍ／ｚにピークが見られた。さ
らに液体クロマトグラフィーにより生成物を確認した結
果、そのリテンションタイムから、Ｃ60及びＣ70の存在
が確認された。
る。 実施例１ 図１に示す装置において、３リットルの反応容器１に５
０Ｔｏｒｒのベンゼン蒸気を充填し、室温で、レーザー
光源５としてパルスＮｄ：ＹＡＧレーザー（１０６４ｎ
ｍ、１Ｊ／ｐｕｌｓｅ １０Ｈｚ）を用いて、レーザー
光を照射した（レーザー光強度４×１０7 Ｗ／ｃ
ｍ2 ）。レーザー光を照射するとブレークダウン反応が
生じたことを示す、光と音が生じた。反応終了後、生成
物を回収した。生成物のマススペクトルを図２に示す。
Ｃ60に相当するｍ／ｚ７２０を始め、Ｃ70、Ｃ84等の高
次フラーレンに相当するｍ／ｚにピークが見られた。さ
らに液体クロマトグラフィーにより生成物を確認した結
果、そのリテンションタイムから、Ｃ60及びＣ70の存在
が確認された。
【００１８】参考例
ベンゼン（C6H6) の代わりに、C6D6または13C6H6を用い
た以外は実施例1 と同様の条件でブレークダウン反応を
行った。生成物のマススペクトルを図３（原料C6D6）及
び図４（原料13C6H6）に示す。図３の結果は図２の結果
と実質的に同一であり、本発明の方法による生成物が水
素を含まない化合物であることを示唆した。また、図４
の結果では、13C フラーレンの質量数と一致するピーク
が得られた。これらの結果は、何れも、本発明の方法に
おけるブレークダウン反応の生成物が炭素のみからなる
フラーレンであることを示すものである。
た以外は実施例1 と同様の条件でブレークダウン反応を
行った。生成物のマススペクトルを図３（原料C6D6）及
び図４（原料13C6H6）に示す。図３の結果は図２の結果
と実質的に同一であり、本発明の方法による生成物が水
素を含まない化合物であることを示唆した。また、図４
の結果では、13C フラーレンの質量数と一致するピーク
が得られた。これらの結果は、何れも、本発明の方法に
おけるブレークダウン反応の生成物が炭素のみからなる
フラーレンであることを示すものである。
【図１】 本発明のレーザーブレークダウン反応に用い
る装置の説明図。
る装置の説明図。
【図２】 実施例１の生成物のマススペクトル。
【図３】 参考例の生成物のマススペクトル（原料C
6D6）。
6D6）。
【図４】 参考例の生成物のマススペクトル（原料13C6
H6）。
H6）。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特表 平８−500079（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C01B 31/02
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (3)
- 【請求項１】 気体状の炭化水素化合物にレーザー光を
照射してブレークダウン反応を起こさせることによりフ
ラーレン類を生成させることを特徴とするフラーレン類
の合成方法。 - 【請求項２】 炭化水素化合物が、芳香族炭化水素、飽
和または不飽和脂肪族炭化水素、及び飽和または不飽和
脂環式炭化水素からなる群から選ばれる１種または２種
以上の化合物である請求項１記載の合成方法。 - 【請求項３】 レーザーがパルスＹＡＧレーザー、エキ
シマレーザー、パルスＣＯ2 レーザーまたは銅蒸気レー
ザーである請求項１または２記載の合成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10306397A JP3379886B2 (ja) | 1997-04-21 | 1997-04-21 | フラーレン類の合成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10306397A JP3379886B2 (ja) | 1997-04-21 | 1997-04-21 | フラーレン類の合成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10291814A JPH10291814A (ja) | 1998-11-04 |
| JP3379886B2 true JP3379886B2 (ja) | 2003-02-24 |
Family
ID=14344222
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10306397A Expired - Fee Related JP3379886B2 (ja) | 1997-04-21 | 1997-04-21 | フラーレン類の合成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3379886B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4276445B2 (ja) | 2003-01-17 | 2009-06-10 | Ｔｄｋ株式会社 | 有機質正特性サーミスタ及びその製造方法 |
| CN100371240C (zh) * | 2005-11-03 | 2008-02-27 | 福建师范大学 | 一种高碳富勒烯的制备方法 |
-
1997
- 1997-04-21 JP JP10306397A patent/JP3379886B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10291814A (ja) | 1998-11-04 |
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