2018 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of unique metal oxides using organic nano gages
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18H01989
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
二瓶 雅之 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (00359572)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 金属酸化物 / ナノ粒子 / 有機ケージ分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
直径2 nm以下の金属酸化物粒子“超微小金属酸化物粒子”はバルクと全く異なる機能の発現が期待される。本研究では、金属酸化物粒子の性質を左右する主要パラメータ（サイズ、形状、表面・コア電子状態）の自在制御を可能とする超精密合成法を開発し、未知の超微小金属酸化物を創出するとともに、構造・機能の相関解明に基づく革新的機能の開拓を目的とする。
本年度は、有機ナノケージ分子の内部空間を反応場とし、ケージ空間のサイズ・構造の転写を鍵とする超微小金属酸化物粒子の精密合成法の開発を行った。具体的には、両親媒性有機ナノケージをもちいた酸化鉄クラスターの合成について、詳細に検討した。その結果、反応初期の中間体としてFe8@有機ナノケージ分子が選択的に生成し、この中間体がその後の粒子成長のカギとなることを見出した。また、得られた超微小酸化鉄粒子について詳細にキャラクタリゼーションを行った。その結果、ケージ内部に包接された粒子は酸化鉄の一種であるフェリハイドライトであることを各種測定から明らかにした。さらに、このフェリハイドライト粒子が、水の酸化触媒として機能することが示唆された。一方、様々なサイズ・形状を有する超微小酸化物粒子の合成を目的とし、様々なサイズと形状を持つ一連の有機ナノケージ分子の合成を検討した。その結果、動的共有結合形成反応を利用し、構築素子と反応条件に依存して三角柱状、八面体、立方八面体型ケージ分子がある程度選択的に得られることを見出した。また、動的共有結合形成平衡反応が共存する金属イオンに大きく影響を受け、配位駆動ケージ構造変換を示すことが示唆された。
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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
本研究は、１）超微小金属酸化物粒子の合成法の確立、２）様々な有機ナノケージ分子の開発による酸化物のサイズ・形状制御、３）超微小金属酸化物の機能開拓の三点を柱にしている。本エンドは、１）については酸化鉄粒子の合成法を確立し、２）については動的共有結合形成反応を利用した様々な有機ナノケージ分子の生成について、明らかにした。これらは今後の研究展開の基盤となるものであり、順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、昨年度に見出した両親媒性有機ナノケージをもちいた酸化鉄クラスターの合成における反応初期の中間体Fe8@有機ナノケージ分子の単離、およびこれを出発原料とした様々な金属酸化物粒子の合成を行う。特に、酸化亜鉛、酸化マンガン、酸化コバルト粒子について合成法を確立するとともに、それらの酸化還元特性、触媒特性、磁性、光学特性について詳細に検討する。一方、昨年度にある程度確立した様々なサイズ・形状をもつ有機ナノケージ分子合成法を駆使し、分子と粒子の境界領域に位置する金属酸化物の合成を可能とするケージ分子を単離する。また、それらを用いた金属酸化物合成法を最適化し、金属酸化物粒子のサイズ・形状の制御を可能とする合成法を確立する。
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