Synthesis of metal oxide nanoparticles with controlled shape and size utilizing organic molecular cages

バルク金属や金属酸化物などの無機化合物をナノメートルサイズまで微細化することで得られる無機ナノ粒子は、サイズ・形状の違いにより大きく異なる触媒活性や光学特性などの性質を示すことが知られている。粒径 10 nm程度以上の無機ナノ粒子の形状制御は広く研究されており、結晶面選択的な吸着剤を用いて種結晶の結晶面の成長速度を制御することで、様々な幾何学構造の無機ナノ粒子の合成が可能である。一方、無機ナノ粒子の粒径を1-3 nmまで減少させると表面原子の割合が飛躍的に増加するため、この粒径範囲で形状を精密制御した無機ナノ粒子は特異な性質を示すと期待できる。本研究では、サイズおよび幾何学構造を系統的にデザイン可能な有機ケージ分子を用いて、1-3 nmの超微小無機ナノ粒子のサイズと形状を制御して合成する方法を開拓する。令和4年度は特に、ナノ粒子合成のテンプレートとなる種々の有機ケージ分子の合成、およびその内部空間における錯形成・ナノ粒子形成反応の調査を行なった。さらに、有機ケージ分子の内部空間に形成した酸化亜鉛ナノ粒子の特異な光学特性を明らかにした。

バルク金属や金属酸化物などの無機化合物をナノメートルサイズまで微細化することで得られる無機ナノ粒子は、サイズ・形状の違いにより大きく異なる触媒活性や光学特性などの性質を示すことが知られている。粒径 10 nm程度以上の無機ナノ粒子の形状制御は広く研究されており、結晶面選択的な吸着剤を用いて種結晶の結晶面の成長速度を制御することで、様々な幾何学構造の無機ナノ粒子の合成が可能である。一方、無機ナノ粒子の粒径を1-3 nmまで減少させると表面原子の割合が飛躍的に増加するため、この粒径範囲で形状を精密制御した無機ナノ粒子は特異な性質を示すと期待できる。本研究では、サイズおよび幾何学構造を系統的にデザイン可能な有機ケージ分子を用いて、1-3 nmの超微小無機ナノ粒子のサイズと形状を制御して合成する方法を開拓する。令和4年度は特に、ナノ粒子合成のテンプレートとなる種々の有機ケージ分子の合成、およびその内部空間における錯形成・ナノ粒子形成反応の調査を行なった。さらに、有機ケージ分子の内部空間に形成した酸化亜鉛ナノ粒子の特異な光学特性を明らかにした。