ヘテロ原子置換型炭素材料の電子状態とインターカレーションの関連研究

摘要

グラファイトの炭素（C）の一部をホウ素（B）やチッ素（N）で置き換えた材料を本論文ではへテロ原子置換型炭素材料と記述している。その中でも，BとNの両元素で置換した材料をB/C/N材料，Bのみで置換した材料をB/C材料と呼び，これらの材料を総称してB/C/N系材料と記述した。B/C/N系材料は，グラファイトと同様に金属や金属イオンをインターカレートさせることができるが，グラファイトとは異なった挙動を示すことがわかっている。例えば，グラファイトではナトリウム（Na）やマグネシウム（Mg）のインターカレーションが困難であるが，B/C/N系材料では電気化学法や気相法によりこれらの金属をインターカレートしたという報告がある。B/C/N系材料がNaやMgのインターカレーションに成功した要因として，B/C/N系材料のCの最低非占有軌道（LUMO）が置換されたBの影響により，グラファイトのCのLUMOより低エネルギーになることが影響していると推定されていた。しかし，このような電子状態について，Bの影響でB/C/N系材料のLUMOが低エネルギーになることについて詳細な検討はされていなかった。