Construction of Chiral Vanadium Oxide Nanotube Molecules

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K05646
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 36010:Inorganic compounds and inorganic materials chemistry-related
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: Hayashi Yoshihito 金沢大学, 物質化学系, 教授 (10231531)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ポリオキソメタレート / 酸化物クラスター / バナジウム

Outline of Final Research Achievements

The sheet structure of vanadium oxides(V) may be leading to a new molecule by folding the sheet to construct a tube-type or spherical-type structures just like in a chemistry of carbon nanotubes. We achieved the synthesis of a fluoride-incorporated tube-type-polyoxovanadate and the tube-structures can be tuned by changing a template molecule inside the tube. When the fluoride incorporated tubes are applied to the oxidation reaction of olefins, we successfully isolated a series of intermediate species proposed in the catalytic cycle. The catalytic resting state polyoxovanadate, a peroxo-polyoxovanadate, and an alkoxo-polyoxovanadate species were isolated and fully characterized. Through the identification of chemical shifts from each complexes, we monitored the oxidation reaction through 51V NMR and elucidated the time-course of the oxidation reaction in terms of the concentration of each intermediate species in situ.

Free Research Field

無機化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

グラファイトの層状構造からフラーレンやナノチューブが形成されるのと同様に、酸化バナジウムの層状構造から発展して、チューブ状のバナジウム酸化物クラスターを合成できることを発見した。カーボンナノチューブを化学合成することは、強力な炭素炭素結合の切断と再構築が必要なため難易度が非常に高いが、イオン結合性化合物であるバナジウム酸化物クラスターでのナノチューブの化学合成は、合成条件が繊細であるが比較的容易に実現できる利点がある。新たなチューブ状酸化物分子を純物質としての合成可能性を見出したことは学術的に独創的であり、今後純物質としてのチューブ分子の化学が発展する上での基礎を築いた。