DV-X分子軌道法を用いたヘテロ原子ドープ炭素材料のNEXAFSスペクトルの理論計算

Theoretical study of NEXAFS spectra of hetero-atom doped carbon materials by DV-X molecular orbital calculations

下山 巖   ; 関口 哲弘  ; 馬場 祐治  

Shimoyama, Iwao; Sekiguchi, Tetsuhiro; Baba, Yuji

ホウ素や窒素は炭素材料の代表的な置換型ドーパントとして用いられており、これにより形成された新奇炭素材料は触媒活性を持つことが報告されている。しかし現状ではドーパントと物性との関連は不明な点が多く、ホウ素や窒素以外の元素に関する置換型ドーピングについても化学結合状態に関する知見はほとんどない。われわれはイオンビームを用いてドーピングを行った炭素材料に対してNEXAFSを用い、グラファイト的な平面構造とフラーレン的な曲面構造の異なる立体配置を持つドーパントの結合状態の存在を指摘した。NEXAFSの解釈には理論的なアプローチが不可欠であるが、これまで想定されてきたモデルは平面構造にほぼ限られており立体配置の異なる構造を網羅した研究はまだない。本研究では、DV-X法を用いてグラファイト的な平面構造中と5員環を含む曲面構造中でのB, Nサイトの電子構造を比較し、NEXAFSの実験結果と整合性を持つことを初めて明らかにした。さらに、Si及びPを用いた置換型モデルクラスターについても空準位の電子状態計算結果について報告し、NEXAFSスペクトルにおいて観測される準位について考察を行う。

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