配位子設計で金ナノクラスター触媒の常識を覆す ―低温で活性化する高性能触媒の開発に成功―

2026-07-10 東北大学

東北大学の研究グループは、金24原子と白金1原子から構成される原子精密ナノクラスター「Au24Pt」の構造と電子状態を解明し、その特異な触媒特性を明らかにした。単一の白金原子を金クラスターへ組み込むことで電子状態が大きく変化し、従来の金ナノ粒子や白金触媒とは異なる高い触媒活性と選択性を発現することが確認された。研究では、精密合成と構造解析、理論計算を組み合わせ、白金原子が反応活性点として機能するとともに、周囲の金原子との電子的相互作用が触媒性能を大きく左右することを示した。こうした原子レベルでの組成・構造制御は、触媒性能を合理的に設計する新たな指針となる。成果は、貴金属使用量を抑えながら高性能触媒を実現する技術として、水素製造や燃料電池、環境浄化、CO₂変換など幅広いエネルギー・環境分野への応用が期待される。

配位子設計で金ナノクラスター触媒の常識を覆す ―低温で活性化する高性能触媒の開発に成功―
図1. (A) [Au24Pt(PET)18]0及び (B) [Au24Pt(TBBT)12(TDT)3]0の (a) 全体構造、(b) コア構造、(c) ステープル構造。

<関連情報>

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Riki NakataniTokuhisa Kawawaki,Sara Yoshikawa,Chaoqi Chen,Taishi Suzuki,Soichi Kikkawa,Satoshi Anada,Seiji Yamazoe,and Yuichi Negishi
Nano Letters  Published: June 29, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6c01977

Abstract

Thiolate-protected gold (Au) nanoclusters (NCs) are a well-established class of model NCs that have been extensively studied as catalysts for various reactions. However, many Au NCs feature surfaces completely passivated by ligands, leaving no exposed metal sites to serve as active centers. To address this issue, researchers have searched for methods to remove the ligands. However, simply introducing weakly bound ligands often compromises the structural stability of the NCs. In this study, we identified a novel Au NC that remains stable even with relatively weakly bound thiolate ligands by reinforcing the staple motifs through the introduction of dithiolate ligands. This Au NC exhibits excellent CO oxidation activity at relatively low temperatures, because the ligands can dissociate under relatively mild conditions. These findings show that advanced ligand engineering, beyond the metal core structure, significantly affects catalytic activity, providing a robust strategy for the design of diverse metal NC catalysts.

0505化学装置及び設備
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