無機物と有機物を組み上げた三次元ナノ構造体の新設計法を開発――化学品合成やセンサー、電池材料への応用が可能に 東大

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三次元ナノ構造体が生成する様子

東京大学は2019年4月24日、モリブデン酸化物クラスターと有機分子を用いた「三次元ナノ構造体」の新設計法を発見したと発表した。これにより、金属酸化物クラスターの構造や機能を生かした、新たな幾何学構造の設計やナノ空隙内の触媒反応/新規物性への応用が可能になるという。

モリブデン酸化物クラスターは、工業合成化学の重要な触媒材料として知られている。特に、モリブデン原子が欠損した欠損型モリブデン酸化物クラスターは、欠損部位に他の金属を導入することで、高効率/高選択的に物質を変換できる触媒や、センサー、電池材料等の機能性材料を開発できると期待されている。しかし、安定性が低く、狙い通りの金属配列の実現や、有機分子との複合化によるナノ材料の設計は困難だった。

そこで、研究グループは今回、単結晶X線構造解析により、ピリジンの窒素原子がモリブデン酸化物クラスターの保護基として機能して不要な構造変化を抑制することを発見。さらには、モリブデン酸化物クラスターとピリジンの結合/脱離を制御することで、モリブデン酸化物クラスターと有機分子が無機-有機三次元ナノ構造体に組み上がることを見出した。

モリブデン酸化物クラスターにピリジンが結合し、保護基として働く様子

研究グループは、今回の成果により、モリブデン酸化物クラスターを多種多様な用途の材料設計に利用できるようになったと説明している。また、今後は、この三次元ナノ構造体を利用した化学反応の制御により、高付加価値な化学品の効率的合成や、センサー、電池材料などへの応用が可能になるとしている。

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