水分子が中性金属水酸化物クラスターの構造変換を誘起することを解明（Water Molecules Trigger Structural Transformation in Neutral Metal Hydroxide Clusters）

2026-07-15 中国科学院（CAS）

中国科学院（CAS）大連化学物理研究所（DICP）の研究チームは、中性金属水酸化物クラスターにおいて、わずか3個の水分子が骨格構造の転移を引き起こすことを明らかにし、その成果をCCS Chemistryに発表した。多核金属水酸化物の水和は、触媒反応、金属腐食、機能性材料の合成・動作などで広く見られ、水分子による水素結合ネットワークの再編成が金属-酸素骨格や配位環境を変化させ、触媒活性点の形成に影響を与える。しかし、中性クラスターはイオン種に比べて検出・質量選別が難しく、その構造変化の解明は困難だった。研究チームは独自開発した赤外・真空紫外（IR-VUV）分光装置と卓上真空紫外光源を用いて、中性Sr₂(OH)₃(H₂O)ₙ（n=1～5）クラスターのサイズ選別赤外スペクトルを取得し、水和に伴う構造進化を解析した。その結果、3個の水分子の付加だけで、中心骨格がSr₂(μ₂-OH)₂(η¹-OH)からSr₂(μ₂-OH)₃へ転移することを確認し、水和が触媒中の金属-酸素骨格を変化させる機構の理解に新たな知見を提供した。

Experimental IR spectra via the 193 nm vacuum ultraviolet laser, identified structures of neutral Sr₂(OH)₃(H₂O)₃ clusters, and a Sr-based perovskite model. (Image by JIANG Shuai)

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CCS Chemistry Published:2 Jul 2026
DOI:https://doi.org/10.31635/ccschem.026.202608054

Elucidating the hydration dynamics of polynuclear metals is vital for understanding the fundamental physicochemical properties of various interfacial processes. Nevertheless, the structural characterization of these neutral complexes is hindered by the inherent difficulties associated with experimental size selection. Here, the microhydration pathways and structural transformations of neutral Sr₂(OH)₃(H₂O)_n (n = 1–5) clusters were unveiled through size-selected infrared-vacuum ultraviolet spectroscopy, coupled with quantum chemical calculations as well as ab initio molecular dynamics simulations. The results reveal that three water molecules are sufficient to trigger the configuration transformation from Sr₂(μ₂-OH)₂(η¹-OH) to Sr₂(μ₂-OH)₃. This intriguing transition is found to be driven by hydration-induced structural deformation, achieving thermodynamic stability through the rearrangement of the hydrogen-bonding network. The current system affords a model for clarifying the metal-oxygen skeleton and hydration dynamics in the microenvironment of perovskite catalysts and opens new avenues for systematic understanding of hydration-driven lattice rearrangements, active site modulation, and catalyst activation.