世界初!白金酸化物で新規層状物質群を創出~計算支援による高圧物質開発の革新~

2025-08-22 大阪大学,東京大学

大阪大学と東京大学の研究チームは、白金酸化物で世界初となるルチル型構造を母体とした新規層状ホモロガス系列 Na(PtO₂)₂n+1(n=1,2) の合成に成功しました。白金は化学的に不活性で酸化物開拓が困難でしたが、超高圧合成法による超高酸化雰囲気と第一原理計算を組み合わせることで克服。まずNaPt₃O₆単結晶を合成し、その構造からルチル型層の高次系列NaPt₅O₁₀の安定性を計算で予測、実際に高圧下で合成・同定しました。これらはPtO₆八面体がルチル型2次元層を形成し、層間でPtO₄平面が1次元鎖を構築するユニークな構造を持ち、Na(PtO₂)₂n+1という新しい層状物質群をなすことが明らかになりました。本成果は白金酸化物の次元性制御や物性探索の新たな基盤を提供し、スピントロニクスや触媒研究などへの展開が期待されます。研究成果は米国化学会誌 Inorganic Chemistry にFeatured Articleとして掲載され、ACS Editors’ Choiceにも選出されました。

世界初!白金酸化物で新規層状物質群を創出~計算支援による高圧物質開発の革新~
図1 固体化学的な知見と第一原理計算の効果的な連携による新規層状物質群の発見。

<関連情報>

計算機支援高圧合成により発見されたルチル系同族系列Na(PtO2)2n+1 A Rutile-Based Homologous Series Na(PtO2)2n+1 Discovered by Computationally Assisted High-Pressure Synthesis

Yasuhito Kobayashi,Hidefumi Takahashi,Shunsuke Kitou,Akitoshi Nakano,Hajime Sagayama,Yuichi Yamasaki,Shintaro Ishiwata,
Inorganic Chemistry  Published: August 9, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.5c02074

Abstract

Layered transition metal oxides typified by the Ruddlesden–Popper phase have been extensively studied for their applications in high-temperature superconductivity, catalysis, and battery technologies. Despite the remarkable structural diversity and catalytic functionality of platinum oxides, the exploration of layered polymorphs has remained significantly constrained, mainly due to the high inertness of platinum. Here, we discover a new homologous series of layered ternary oxides, Na(PtO2)2n+1, by a combination of highly oxidizing high-pressure methods and density functional theory (DFT) calculations. This series features unprecedented layered structural motifs, rutile-based PtO6 octahedra, and one-dimensional PtO4 square-planar columns, which enable systematic control of dimensionality. Furthermore, we demonstrate a computationally assisted identification of isomeric and putative members of this homologous series, as confirmed by controlled synthesis and quantitative analysis of diffuse scattering data. This approach provides an effective platform for the exhaustive exploration of metastable transition metal oxides with rich structural variations.

0501セラミックス及び無機化学製品
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