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B-C-Nハイブリッド薄膜の内殻励起分光法による構造解析

Structure analysis of B-C-N hybrid thin films by inner-shell excitation spectroscopy

下山 巖; Uddin, M. N.*; 馬場 祐治; 関口 哲弘; 永野 正光*

Shimoyama, Iwao; Uddin, M. N.*; Baba, Yuji; Sekiguchi, Tetsuhiro; Nagano, Masamitsu*

発光素子や触媒などの応用が提案されているB-C-Nハイブリッドは結晶構造・組成・原子配置に依存して多様な電子構造をとることが理論的に予測されており、これまでさまざまな手法で合成が試みられてきた。しかし合成された試料の構造は不明な点が多い。そこでわれわれはその局所構造を調べるため吸収端近傍X線吸収微細構造(NEXAFS)分光法を用いた構造解析を行った。ボラジンのイオン化により得られるフラグメントイオンを3keVでグラファイトにイオン注入し、さまざまな組成のB-C-N薄膜を作成した。高温で合成した試料のNEXAFSスペクトルにはグラファイト的な偏光依存性を持つ複数のピーク中に異なる偏光依存性を持つ成分が存在することがわかった。この結果はB-C-N薄膜中にグラファイト的な平面構造と歪んだ平面構造が存在していることを示唆する。われわれはB, C, Nからなる幾つかの炭素モデルクラスターの生成熱を比較し、グラファイトのB, N置換により5員環形成が誘起されることを見いだした。そこでわれわれは歪んだ平面構造が5員環と6員環からなるフラーレン構造に起因することを提案する。

B-C-N hybrids have been expected to be used for an alternative catalysis for Pt. Since most products have complex structure including various unknown chemical bonding states, the local structures have not been clarified yet. In order to clarify the chemical bonding states of this material, we measured near-edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) of B-C-N hybrid thin films. B-C-N hybrid thin films were synthesized by ion beam deposition of borazine on a graphite substrate. Some $$pi$$* peaks were observed in B and N K-edge NEXAFS spectra, and these peaks showed different polarization dependences. This suggests that buckled structures were formed with graphite-like planner structures. Heat of formation is calculated for some model clusters which consist of a pentagon and hexagons, and compared with that for planner clusters with same compositions. From the comparison, we propose that substitution of B and N atoms for C atoms in graphite can induce fullerene-like structure.

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