無機化合物の2つの基本構造の共存と制御を達成～環境浄化や人工光合成の実現に向けた新たな材料設計指針を提示～

2022-08-03 京都大学

NaCl（塩化ナトリウム）に代表される岩塩型構造とCaF₂（フッ化カルシウム）に代表される蛍石型構造は、無機化合物において、最も基本的な結晶構造です。また、岩塩構造の層（岩塩層）を持つ化合物や蛍石型構造の層（蛍石層）を持つ化合物も数多く知られています。

物質エネルギー化学専攻の加藤大地 助教、阿部竜 同教授、陰山洋 同教授、東京工業大学の八島正知 教授、大阪大学の佐伯昭紀 教授、東北大学の高村仁 教授らの共同研究グループは、この２つの構造ユニットを共存させ、制御できることを発見しました。同グループは、光触媒として知られていた酸塩化物Bi₁₂O₁₇Cl₂の構造解析を行い、蛍石型構造に似た構造を持つ蛍石層（蛍石ユニット）の中に部分的に岩塩型構造に似た構造を持つ岩塩ユニットが内包されることで、波打った構造を有することを見出しました。加えて、フッ素を挿入する反応を行い、岩塩ユニットと蛍石ユニットの複合パターンを変化させ、構造を平坦化させることで光触媒活性が最大6倍と大幅に向上しました。本成果は、無機化合物の新しい構造の構築と制御法を示したものであり、今後、この2つの基本構造を自在に組み合わせることが可能になれば、新しい機能性材料の開発につながることが期待できます。

本成果は、2022年8月2日（現地時刻）に国際学術誌「Advanced Functional Materials」のオンライン版に掲載されました。

岩塩型構造に似た構造を有する岩塩ユニット（水色の部分）と蛍石型構造に似た構造を有する蛍石ユニット（オレンジ色の部分）が複合した初の層状酸塩化物Bi₁₂O₁₇Cl₂とフッ素挿入反応による岩塩/蛍石ユニットの再配列。岩塩/蛍石ユニットの再配列により、Bi₁₂O₁₇Cl₂の波打っていた層が平坦になり、光触媒活性が向上した。

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研究者情報

加藤大地

論文情報

【タイトル】
Bi₁₂O₁₇Cl₂ with a sextuple Bi-O layer composed of rock-salt and fluorite units and its structural conversion through fluorination to enhance photocatalytic activity
（岩塩と蛍石ユニットを有する６層ビスマス酸化物ブロックから成るBi₁₂O₁₇Cl₂の結晶構造とトポケミカルフッ化反応による光触媒活性の向上）

【著者】
Daichi Kato, Osamu Tomita, Ryky Nelson, Maria A. Kirsanova, Richard Dronskowski, Hajime Suzuki, Chengchao Zhong, Cédric Tassel, Kohdai Ishida, Yosuke Matsuzaki, Craig M. Brown, Koji Fujita, Kotaro Fujii, Masatomo Yashima, Yoji Kobayashi, Akinori Saeki, Itaru Oikawa, Hitoshi Takamura, Ryu Abe, and Hiroshi Kageyama, Tatiana E. Gorelik, and Artem M. Abakumov

【掲載誌】Advanced Functional Materials
【DOI】10.1002/adfm.202204112