2024-08-08 岐阜大学
岐阜大学工学部 植村一広准教授、自然科学技術研究科 修士課程（令和6年）修了生 大鹿桃果さん、同 修士課程（令和5年）修了生 長谷川遥さん、工学研究科 博士後期課程（令和5年）修了生 高森敦志さん、東京大学大学院工学系研究科 佐藤正寛准教授は、ポリオキソメタレート（POM）を白金多核錯体(注1)で繋いで、電気を流すことに成功しました。
POMは高原子価の金属が酸素で連なった多核金属錯体で、固体酸触媒として工業利用されている分子です。容易に多電子還元する性質がありますが、POM自体は絶縁体のため、通常は電気伝導性が非常に低く電気をほとんど通しません。今回、POMと白金多核錯体を電子的に相互作用させて非局在電子の伝導パスを作ると、電気伝導性が向上し、導電率10−6 Scm−1の半導体になることを明らかにしました。また、近赤外光を強く吸収することも大きな特徴です。POMは金属種や核数の異なる様々な派生体があり、白金多核錯体の種類も豊富であるため、組み合わせを変え、多くの類似体を得ることができ、バンドギャップ制御、高伝導体、電池や触媒への応用が期待されます。
本研究成果は、日本時間2024年８月６日にAngewandte Chemie International Edition誌のオンライン版で正式に公開されました。
図1. 基板上で、POMが白金多核錯体で繋がれ、電気が流れていることを表している図
研究成果を抽象的に、電子回路に組み込まれた集積体に電気が流れているCG (Computer Graphics)で表現しました。
CGは本研究内容とイメージ案を元に、サイエンス・グラフィックス株式会社 辻野貴志氏によって制作されました。
発表のポイント
- モリブデン12核および18核のポリオキソメタレートを白金多核錯体で繋ぎ、3種類の混合原子価集積体を合成した。
- 得られた集積体中のモリブデンおよび白金の金属酸化数(注2)は非整数で、近赤外光を強く吸収し、動きやすい不対電子(注3)をもつことを明らかにした。
- 常温での導電率は10−6 Scm−1であり、1.0 eV以下の活性化エネルギーをもつ半導体であることを明らかにした。
詳しい研究内容について
絶縁体ポリオキソメタレートの半導体化に成功 近赤外光を吸収し、不対電子をもつ新しい分子性導体
本研究は、日本学術振興会 科学研究費 基盤研究 C（課題番号 21K05098）、カシオ科学振興財団、島津科学技術振興財団、東電記念財団、双葉電子記念財団、加藤科学振興会、中部電気利用基礎研究振興財団、豊田理化学研究所、立松財団、藤森科学技術振興財団、越山科学技術振興財団、高橋産業経済研究財団の支援を受けて行われた。また、分子軌道計算は自然科学研究機構 計算科学研究センター（課題番号 23-IMS-C182）の支援を受け実施された。本研究の一部は文部科学省「マテリアル先端リサーチインフラ」事業（課題番号 JPMXP1223MS1031）の支援を受け自然科学研究機構 分子科学研究所で実施された。
論文情報
雑誌名：Angewandte Chemie International Edition
論文名：Enhanced Electrical Conductivity of Polyoxometalates by Bridging with Mixed-valent Multinuclear Platinum Complexes
著 者：Kazuhiro Uemura, Momoka Oshika, Haruka Hasegawa, Atsushi Takamori, Masahiro Sato
DOI： 10.1002/anie.202407743
用語解説
注1) 多核錯体：
金属原子に有機物が結合した、有機-無機複合分子のことを金属錯体とよび、炭素、窒素、水素等からなる有機物と、それ以外の元素からなる無機物の双方の性質を併せもった化合物といえる。なかでも、金属の個数が多い金属錯体を多核金属錯体とよぶ。
注2) 金属酸化数：
金属元素が化合物中で、電子をどれだけ失ったり得たりしているかを示す数値。無電荷の元素はゼロで、マイナス１価の電子を１つ失うと、プラス1の陽イオンとなり、酸化数は+1と表記される。2つの金属元素あたり、電子を１つ失うと、各金属の酸化数は非整数で表記される。
注3) 不対電子：
化学物質や分子内でペアを組まずに単独で存在する電子のことで、物質は化学反応や物性の面で特定の性質を示す。
