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無機ナノシートは特異な機能を発現することから、材料科学の観点などから活発な応用研究がなされている。しかし、サイズ分布がなく均質なナノシート分子の開発は未開であった。これは、平面状に金属を精緻に配列する方法論が欠如していることに由来する。本研究ではこの現状を打開し、平面状に金属を合目的的に配列できる新手法の開発を指向した研究を行ってきた。去年度までの研究において我々は、平面状構造を持つ有機ケイ素化合物を、金属を集積する鋳型として用いることで、多数の金属を平面状に配列できることを見出している。今年度はこの手法に立脚し、多様な金属ナノシート分子の系統的合成法への展開を行った。
まず、鋳型分子の”Si-Si”結合の数と、鋳型分子の全体構造に依存して、様々な金属ナノシート分子が合成できることを明らかにした。すなわち、7つの”Si-Si”結合を持ち、折れ曲がった平面状構造を持つ有機ケイ素化合物を鋳型として用いた場合、11原子の金属から構成され、折れ曲がった平面構造を持つナノシートが得られる。一方、4つの”Si-Si”結合を持つ平面状有機ケイ素化合物を鋳型とすると、4原子の金属から構成される平面状ナノシート分子が得られることを見出し、鋳型分子の”Si-Si”結合の数、全体構造を適切に設計することで、所望の金属核数・全体構造を持つナノシート分子が得られることを見出した。この際用いる金属種としては第10族錯体が適していることも併せて見出した。
一方前年度までに、金属上の配位子を交換することで、金属配列を変化できることを見出している。この知見に基づき、ナノシート分子において、出発原料に由来するイソシアニド配位子を交換することで、平面状3核ナノシート分子や、ジグザグ状金属配列を持つナノシート分子など、多様なナノシート分子へと変換できることを見出した。併せてこれらの触媒機能についての評価も行った。
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