中性ホウ素酸化物クラスターの主要構造単位を特定 (Scientists Identify Key Structural Units in Neutral Boron Oxide Clusters)

2026-05-01 中国科学院(CAS)

中国科学院大連化学物理研究所(DICP)の姜玲教授、李剛教授らとブラウン大学の王来生教授の共同研究チームは、中性ホウ素酸化物クラスター(BO₃、B₂O₄、B₃O₆)に、ガラス状二次元ホウ素酸化物ネットワークを構成する基本構造単位が存在することを明らかにした。研究では、大連コヒーレント光源を利用した独自の中性クラスター赤外分光装置を用い、サイズ選別した中性クラスターの赤外スペクトルを高感度で測定した。量子化学計算との比較により、各クラスターはいずれも平面構造を取り、BO、BO₃、B₂O₅ユニットから構成されることが判明した。これらはバルクB₂O₃ガラスの二次元ネットワーク形成に重要な基本単位である。また、末端B≡O結合とB–O σ結合の相乗効果が構造安定性を支えていることも示された。本成果は、ホウ素酸化物ガラスの形成・成長機構を分子レベルで理解する手掛かりを与え、より大規模なクラスター研究への基盤になると期待される。

<関連情報>

ガラス状態の主要構造単位を含む中性酸化ホウ素クラスターのスペクトル特性 Spectral Signatures of Neutral Boron Oxide Clusters Containing Key Structural Units of the Vitreous State

Shangdong Li,Shuai Jiang,Jianxing Zhuang,Ailin Wang,Wenhui Yan,Jiayue Yang,Weiqing Zhang,Hongwei Li,Hua Xie,Gang Li,Lai-Sheng Wang,Ling Jiang,and Xueming Yang
Journal of the American Chemical Society  Published: April 28, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.6c04122

Abstract

中性ホウ素酸化物クラスターの主要構造単位を特定 (Scientists Identify Key Structural Units in Neutral Boron Oxide Clusters)

Spectroscopic characterization of neutral boron oxide clusters is insightful for understanding the structures and properties of the bulk but has proven to be extremely challenging due to the difficulty in size selection. Here, we report a size-specific infrared spectroscopy study of a series of neutral boron oxide clusters using near-threshold photoionization with a tunable vacuum ultraviolet free electron laser. Quantum chemical calculations were carried out to understand the structures and bonding of the clusters and to help assign the experimental spectral features. The BO3, B2O4, and B3O6 clusters focused in this study are found to have planar structures with BO, BO3, and B2O5 groups, which are key structural units in the two-dimensional network of the vitreous state. Chemical bonding analyses revealed structural stability arising from the synergy among the terminal B≡O groups and B–O σ bonds. This work provides spectral signatures for the key structural units of the bulk and paves the way for systematic studies on the stepwise formation and growth mechanisms of boron oxide materials.

0500化学一般
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