金属水酸化物の局所構造制御に向けた新しいビルディングブロックの開発

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多様な金属種で構成可能な層状金属水酸化物は、エネルギー貯蔵・変換材料として応用が期待されている物質群である。本研究課題では、複数の金属種からなる層状金属水酸化物の層内における局所的な金属種の配置や分布に着目し、これら局所構造を制御可能な新しい合成技術の開発を目的として研究を進めている。概念実証に向け、様々な有機配位子を用いた表面修飾により、水酸化物の前駆体となるクラスター・オリゴマー・ナノ粒子等を合成し、構造を維持しつつ連結させるプロセスを検討している。前年度までに、層表面がメトキシ化された金属水酸化物微粒子を加水分解することで、厚さ1.2 nmほどの極めて薄いナノシートが形成することが分かっている。加水分解前は10-20 nm程度の微粒子が得られているのに対し、加水分解後はラテラルサイズ数百ナノメートルオーダーのナノシートが多数確認されることから、加水分解過程での結晶成長反応の進行が予想される。そこで今年度はアルコキシドの加水分解プロセスを詳細に調査した。メトキシ化水酸化ニッケルを加水分解し反応時間ごとの形態をAFMにより評価したところ、加水分解初期にラテラルサイズの小さなナノシートが観測され、時間経過に伴いサイズが増加する様子を確認した。この結果は、メトキシ化水酸化ニッケルの加水分解はトポケミカルに進行し、生成したナノシート核が二次元的に結晶成長していくことを示している。この成長反応のコントロールにより、異種オリゴマー同士を連結させるプロセスとして今後発展できる可能性があると考えている。