研究代表者・研究課題

HOME 研究代表者・研究課題 平成25年度採択 今野巧

錯体分子技術でイオン性固体の常識を打ち破る | 今野 巧 | 大阪大学 大学院 理学研究科 教授 | 専門:錯体化学

課題名|Research Theme

新物質観をもつイオン性固体の創製と
新機能創出を導く錯体分子技術の開拓

概要|Outline

錯体分子技術の概念図

本研究では、イオン性固体物質の常識を覆すような新物質観をもつイオン性固体の創製を目的として、金属錯体を基盤とする分子技術、つまり「錯体分子技術」を新たに開拓します。具体的には、イオン性金属錯体のナノサイズ化と表面機能化を推進し、非クーロン相互作用が空間配列を支配する、新しいタイプのイオン性固体群を創製します。これにより、既存のイオン性固体では見られない未知の現象を発見し、技術革新をもたらす新機能創出につなげます。

特色|Feature

  • 既存の概念を打ち破るような新物質観をもつイオン性固体「NCIS」を、世界に先駆けて創製しようとする独創的な研究である。
  • NCIS創製のために、「ナノサイズ化と表面機能化を施したイオン性金属化合物」の自在構築と集積化を可能とする「錯体分子技術」を開発する。
  • 特殊環境に置かれたカチオン種/アニオン種には、通常の化合物では予測できないような異常物性が潜んでいる可能性が高く、「イオン性固体物質における新現象の発見」が期待できる。

研究代表者

今野 巧
大阪大学 大学院 理学研究科 教授 研究室HP

主たる共同研究者

奥村 光隆
大阪大学 大学院 理学研究科 教授
中澤 康浩
大阪大学 大学院 理学研究科 教授
 
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3年度の成果|Results Y2015

図1:電荷分離型NCIS中の塩化物イオン10量体の脱水前後の構造

図2:低充填型NCISのプロトタイプ

図3:イオン流動型NCISのプロトタイプ

これまでの研究成果(インパクト)

  • 放射光を用いた単結晶X線解析により、電荷分離型NCIS(非クーロン力支配型イオン性固体)の加熱脱水前後の結晶構造を精密に決定した(図1)。
  • 80%という極めて大きな間隙率をもつイオン性固体(低充填型NCIS)の合成に成功した(図2)。
  • カチオン種の流動に基づく高い交流伝導率を示すイオン性固体(イオン流動型NCIS)の合成に成功した(図3)。

今後の進め方

  • 3種類のプロトタイプNCISについて、それらの類似体および新しいタイプのNCISの合成を進める。
  • 3種類のプロトタイプNCISについて、構造特性に基づく特異な反応性、物性、機能性の探索を進める。
  • 電荷分離型NCISに見出された特異な反応性や物性の発現機構について、実験と理論の両面からの解明を進める。
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2年度の成果|Results Y2014

図1:電荷分離型のNCISの結晶構造

図2:粉末X線回折の変化

これまでの研究成果(インパクト)

  • 放射光を用いたX線解析により、電荷分離型NCIS(非クーロン力支配型イオン性固体)の結晶構造を精密に決定した(図1)。
  • また、この結晶の熱的安定性についても調査し、結晶構造を保ったまま可逆的に水分子の脱着が起こることを明らかにした(図2)。
  • 同時に、微小な単結晶にも適応可能な測定手法を開発し、NCISに特有の誘電現象を見出した。

今後の進め方

  • プロトタイプ電荷分離型NCISの類似体の合成および新しいタイプの電荷分離型NCISの探索を進める
  • 電荷分離型NCISの水和状態変化に伴う構造と機能の変化を理論と実験の両面から調査する
  • 低充填型NCISとイオン流動型NCISのプロトタイプ探索を進める
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初年度の成果|Results Y2013

図1:電荷分離型のNCISのプロトタイプ

図2:無機アニオンの集積化挙動

これまでの研究成果(インパクト)

  • 電荷分離型NCISのプロトタイプの構築
    含硫アミノ酸とジホスフィンが金(I)イオンで連結された金(I)二核錯体が両親媒性の錯体配位子として機能し、八面体性の金属イオンとの反応により、六核錯体を与えることを明らかにした。特に、コバルト(III)との反応で得られる六核錯体は二価のカチオンであり、過塩素酸アニオンとの組み合わせにより、八面体型配列のカチオン6量体とアダマンタン型配列のアニオン10量体により構成される電荷分離型NCISを与えることを見出した(図1)。
  • 電荷分離型NCIS中へのアニオン種の集合化挙動の追求
    過塩素酸イオンの代わりに他の無機アニオンを対イオンとして用いることにより、上記の電荷分離型NCIS中への各種無機アニオンの集積化挙動について調査した(図2)。その結果、適切なサイズの-1価のアニオンを用いた場合にはアダマンタン型配列のアニオン10量体が形成され、一方、-2価のアニオンを用いた場合には八面体型配列のアニオン6量体が形成されことを明らかにした。さらに、2種の-1価アニオンを混合した場合においても電荷分離型NCISが形成され、この際、形成されるアダマンタン型10量体構造において、二種のアニオンに位置選択性があることを見出した。

今後の進め方

  • 電荷分離型NCIS類似体の合成および新しいタイプの電荷分離型NCISの合成を目指す
  • 電荷分離型NCISプロトタイプの格子エネルギー評価および物性と機能性の追求を行う
  • 低充填型NCISとイオン流動型NCISの合成を目指す

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