Development of metal cluster formation with cubic based structures and their catalytic reactivities

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05244
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 28010:Nanometer-scale chemistry-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Koyasu Kiichirou 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (20508593)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: イリジウム / インジウム / 金属間化合物 / レーザー蒸発法 / MALDI質量分析法 / 透過型電子顕微鏡

Outline of Final Research Achievements

In this study, we obtained the following results related to the synthesis of metal clusters with different structures from closed packed ones and their reactivity. (1) The iridium clusters formed by the laser vaporization method were incorporated into the solution, and UV-vis absorption spectra and TEM measurements indicated the possibility of obtaining cubic based clusters. (2) Small-sized indium clusters that could have cubic based structures successfully synthesized by a simpler method than before. (3) We searched for clusters with stable compositions and discovered catalytic activity by altering the bulk structure using intermetallic compounds containing Au. (4) As an criteria for molecular activation, the relative energies and binding energies between negative gold ions and CO2 were estimated based on experiments.

Free Research Field

クラスター化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまでの真空実験から，金属クラスターがバルクとは異なる，例えば立方体に基づいた幾何構造をもつことが推定されてきた。本研究でレーザー蒸発法によって生成したクラスターを溶液中に取り込み電子顕微鏡で観測することによって，真空中で推定されていたような構造のクラスターの溶液が実際に得られる可能性が示された。また，13族元素の小サイズクラスターが従来よりも簡便な手法で合成できたことにより，その応用展開が期待される。さらに，金属間化合物を利用して金属の構造をバルクの状態から変化させて安定組成や触媒活性を引き出せる可能性が示された。これらの結果は，金属クラスターの機能性材料への展開につながると期待される。