ソフト化学的手法による新規結晶性ケイ酸骨格を有する無機-有機ナノマテリアルの創製

結晶性ケイ酸骨格構造を精密に設計・構築することは触媒・吸着剤等への応用に加え、基礎化学的に非常に興味深い。従来、結晶性ケイ酸骨格は主に水熱合成法により合成されており、精密な設計を行うことは不可能であった。そこで、新たなアプローチとして、層状ケイ酸塩へのアルコキシシリル基の導入による新規ケイ酸骨格構造の構築を検討した。層状ケイ酸塩オクトシリケートに対し、アルコキシトリクロロシランによるシリル化を試みた。アルコキシトリクロロシランを用いた場合、オクトシリケートのケイ酸構造におけるSi-OH基の配列から、アルコキシトリクロロシランの2つのCl基が層表面シラノール基と反応し、層間にはアルコキシクロロシリル基で固定化されると考えられる。層間においてアルコキシクロロシリル基は、ジアルコキシシリル基と比べ、より高い反応性を有すると予想できる。得られたシリル化生成物のXRDおよび^<29>Si MAS NMRより、アルコキシクロロシリル基は規則的に固定化していることが示された。シリル化生成物に対しDMSO/水混合溶液を用いて加水分解を行った場合、アルコキシ基が脱離し、層間にDMSO分子がインターカレートした新たな二次元ケイ酸骨格を形成し、一方で、アセトン/水混合溶液を用いて加水分解を行った場合には、生成したSi-OH基が隣接層間で縮合し、新たな三次元結晶構造の構築が示された。この構造の違いは、用いた溶媒の揮発性の違いにより、層間での有機分子量が変化し、縮合の進行が変化しているためと考えられた。

結晶性ケイ酸骨格構造を精密に設計・構築することは触媒・吸着剤等への応用に加え、基礎化学的に非常に興味深い。従来、結晶性ケイ酸骨格は主に水熱合成法により合成されており、精密な設計を行うことは不可能であった。そこで、新たなアプローチとして、層状ケイ酸塩へのアルコキシシリル基の導入による新規ケイ酸骨格構造の構築を検討した。層状ケイ酸塩オクトシリケートに対し、アルコキシトリクロロシランによるシリル化を試みた。アルコキシトリクロロシランを用いた場合、オクトシリケートのケイ酸構造におけるSi-OH基の配列から、アルコキシトリクロロシランの2つのCl基が層表面シラノール基と反応し、層間にはアルコキシクロロシリル基で固定化されると考えられる。層間においてアルコキシクロロシリル基は、ジアルコキシシリル基と比べ、より高い反応性を有すると予想できる。得られたシリル化生成物のXRDおよび^<29>Si MAS NMRより、アルコキシクロロシリル基は規則的に固定化していることが示された。シリル化生成物に対しDMSO/水混合溶液を用いて加水分解を行った場合、アルコキシ基が脱離し、層間にDMSO分子がインターカレートした新たな二次元ケイ酸骨格を形成し、一方で、アセトン/水混合溶液を用いて加水分解を行った場合には、生成したSi-OH基が隣接層間で縮合し、新たな三次元結晶構造の構築が示された。この構造の違いは、用いた溶媒の揮発性の違いにより、層間での有機分子量が変化し、縮合の進行が変化しているためと考えられた。