水畑吉行 化学研究所准教授、時任宣博 同教授、角山寛規 慶應義塾大学専任講師、中嶋敦 同教授らの研究グループは、気相中で生成させた化学種を液体中に直接打ち込むという新たな手法を開発して、金属原子1個を内包したシリコン原子16個からなるケージをもつ球形の「金属内包シリコンナノクラスターM@Si 16 」を大量合成し、构造决定することに成功しました。
本研究成果は、2017年8月28日付けで米国化学会の学術誌「The Journal of Physical Chemistry C」オンライン版で公開されました。
研究者からのコメント
本成果により、金属内包シリコンナノクラスター惭蔼厂颈 16 を100ミリグラムのスケールで得ることが可能になり、これまでの颁 60 フラーレンに続いて、金属内包シリコンナノクラスターの机能材料への応用の道が拓かれました。今后は、このナノクラスターの电気的、磁気的な机能の评価を详细に进めるとともに、中心金属原子の置换によるナノクラスター超原子の周期律へと展开していきます。
本研究成果のポイント
- 新しい手法により100ミリグラムスケールの金属内包シリコンナノクラスターの合成に成功した。
- 金属内包シリコンナノクラスターが対称性の高いかご型构造であることを明らかにした。
- 今后、太阳电池や电子?磁気デバイスとしての応用が期待される。
概要
数个から千个程度の原子?分子が集合したナノクラスターは、原子?分子より大きく、またバルク（原子や分子が多数集合して固体や液体となった物质）よりも小さく、そのどちらとも违った性质や机能をもっています。その性质が、原子数や组成、荷电状态によって制御できるため、触媒、电子デバイス、磁気デバイスなどへの応用が期待されています。特に、エレクトロニクス分野では、シリコンなど半导体材料のナノクラスター1つ1つを积み木のように组み上げて、新たな机能をもつ超微细集积构造を生み出す技术が注目されています。しかし、これまで気相合成（ヘリウムガスなど気体中にイオンやプラズマなどが存在する状态で合成）されたナノクラスターの生成量が极めて微量であったため、その构造を材料応用の视点から评価することは极めて困难でした。
本研究グループは、チタン（罢颈）やタンタル（罢补）の金属原子を内包させた罢颈蔼厂颈 16 、罢补蔼厂颈 16 を大量に気相合成し、ポリエチレングリコールの液体中に打ち込むことで化学的精製を行いました。また、その构造を评価し、その结果、これらのナノクラスターがこれまでのシリコン化合物にはない新たな结合様式をもつ、かご型构造であることを明らかにしました。これらの结果は、太阳电池や电子デバイスの基盘技术として利用価値が高いと考えられます。
図：量子化学计算による罢颈蔼厂颈 16 ナノクラスターの安定构造
异性体叠に比べて异性体础がより安定であり、実测の狈惭搁スペクトルを再现する。
详しい研究内容について
书誌情报
【顿翱滨】
Hironori Tsunoyama, Hiroki Akatsuka, Masahiro Shibuta, Takeshi Iwasa, Yoshiyuki Mizuhata, Norihiro Tokitoh, and Atsushi Nakajima (2017). Development of Integrated Dry–Wet Synthesis Method for Metal Encapsulating Silicon Cage Superatoms of M@Si16 (M = Ti and Ta). The Journal of Physical Chemistry C, 121(37), 20507–20516.
