配位ナノシートのヘテロ積層化による新二次元材料の開拓
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22K05055
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 32020:Functional solid state chemistry-related
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
高田 健司 東京理科大学, 研究推進機構総合研究院, 助教 (90792276)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 配位高分子 / ナノシート / ジチオレン錯体 / 半導体 |
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| Outline of Research at the Start |
研究代表者らが発展させてきた二相界面での錯形成反応を利用して、異なる二次元配位高分子（配位ナノシート）同士が積み重なったヘテロ積層体の効率的製法の実現とその機能物性化学の開拓に挑戦する。異なる電子構造の配位ナノシートがヘテロ積層構造をとることから生じるヘテロ積層体内における非対称的な電子・エネルギー移動挙動や光電変換能、異なる配位ナノシート間の相互作用から生じる触媒活性の変調など、単一の配位ナノシートでは発現しない物性の発現を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和4年度は、逐次的界面錯形成法によるビス（テルピリジン）錯体ナノシートのヘテロ積層体の成長過程を明らかにするとともに、ベンゼンヘキサチオール(BHT)とマンガン(II)イオンを配位子とした配位ナノシートMnBHTの金属交換反応(トランスメタル化)により別の金属種の配位ナノシートに変換できることを見出した。
テルピリジン配位子のジクロロメタン溶液とFe(II)イオン水溶液およびCo(II)イオン水溶液を、互いに交わらない二相界面で逐次的に反応させることで、配位ナノシートヘテロ積層体Fe/Co-tpyを作製した。二層目のCo-tpyの成長過程を反応時間とFe/Co比のから追跡し、反応時間に応じて2層目の厚みが制御できることを見出した。
一方、BHTのジクロロメタン溶液を用いた逐次的界面錯形成法により配位ナノシートヘテロ積層体の作製を試みた。第1の金属イオンとしてMn(II)を用い、第2の金属イオンとしてCu(II)イオンを用いたところ、1段階目の反応で作製したMnBHT中のMnイオンがCuで置換されたtmCuBHTが生じた。そこで、MnBHTを修飾したシリコン基板をCu(II)イオン水溶液に浸漬したところ、SEM/EDS分析により、ほぼ定量的にMnがCuに交換されていることがわかった。さらに、Cu(II)イオンの他Co(II), Ni(II), Zn(II)イオンを用いた場合も効率よくトランスメタル化が進行することを見出した。特にCu(II)イオンへのトランスメタル化は速やかに進行し、濃度が5 mMのCu(II)イオン水溶液を厚みが100 nm程度であるMnBHTに接触させると5分以内に反応が完結することを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和4年度においては、テルピリジン錯体を用いた配位ナノシートヘテロ積層体の作製や膜厚制御を達成し、論文発表することができた。また、逐次的界面錯形成法をジチオレン錯体ナノシート作製に適応することで、新たにMnBHTの金属交換反応を見出すことができた。以上の結果は令和5年度以降のジチオレン錯体ナノシートのヘテロ積層体を作製するうえで重要な知見である。従って、研究はおおむね順調に進行していると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の結果を踏まえ、令和5年度ではより広範な金属イオンに対するジチオレン錯体ナノシートのトランスメタル化反応性の解明を目指す。トランスメタル化を起こさない金属イオンの組み合わせでは、逐次的界面錯形成法によるヘテロ積層体の構築が可能である。一方、トランスメタル化を起こしやすい金属イオンの組み合わせでは、トランスメタル化が起こる空間をナノシートが金属イオン溶液に接触する表面付近に限定することでヘテロ積層体が構築できると考えられる。濃度、反応時間、温度といったMnBHTのCuへのトランスメタル化条件の検討により、不完全なトランスメタル化が起こる条件を見出だし、ヘテロ積層体の構築を断面方向の元素分析により確認するとともに電気物性や触媒活性などの物性探査を目指す。
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Report
(1 results)
Research Products
(8 results)
