自己組織化による電子特異的一次元ナノ空間の創造と分子配列制御

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一次元ナノ空間に分子や原子を閉じ込めて配列すると、バルクとは異なる新たな物性の発現が期待できる。金はバルクの状態では不活性であると考えられてきたが、平均粒径が10nm以下になると触媒活性を示すことが知られている。特にサイズが2nmを切ったクラスターになると量子サイズ効果により劇的な物性変化が起こることから、金をクラスターサイズで一次元ナノ空間に配列させることは、新たな触媒機能の発現が多いに期待できる。そこで本研究ではナノ空間を有する担体への金ナノ粒子及び金クラスターの担持を行った。まず、一次元ナノ空間(pore size=6×8Å)を有する多孔性有機銅錯体を担体に用いた場合に、平均粒径が約2nmの金クラスターを担持することに成功した。一部の金クラスターは錯体の一次元ナノ空間内に閉じ込められている可能性があるが、ほとんどの金クラスターは1〜2nmのサイズを有しており、ナノ空間内だけではなく、多孔性錯体の結晶表面上での金クラスターの固定化が示唆された。異なる一次元チャネル(pore size=4×6Å)を持つ多孔性有機銅錯体を担体として用いると、金ナノ粒子の平均粒径は約3.2nmとなった。これらの結果から多孔性錯体の孔径や結晶構造が異なると、得られる金ナノ粒子・クラスターのサイズが大きく異なることが示唆された。金担持前後の多孔性錯体の粉末X線回折(XPRD)測定を行ったところ、担持前後でXRDパターンはほとんど変わらず、金クラスターを担持しても結晶構造はほぼ保持されていることが明らかとなった。これまで有機(高分子)担体を用いて金ナノ粒子を担持する場合、金のサイズを2nm以下のクラスターで定量的に担持することは非常に困難であったが、多孔性銅錯体を用いることによって、定量的に2nm以下のクラスターを得ることに成功した。