配位駆動型の原子レベル合金化技術を開発！～異種金属の精密配置により、金ナノクラスターの発光効率が最大約150倍に向上～

2026-09-10 北海道大学

金ナノクラスター表面の配位ポケットを利用し、銅（Cu）や銀（Ag）の二量体を狙った位置に固定する「配位駆動型合金化」技術を北海道大学の研究グループが開発した。従来の合金化では異種金属の配置がランダムになりやすかったのに対し、ジホスフィン配位子が形成する表面ポケットへ金属イオンを事後的に導入することで、原子レベルの配置制御を実現。単結晶X線構造解析と理論計算から、Cu・Ag二量体がクラスター内部ではなく表面に選択的に固定され、独特の電子状態を形成することを確認した。特にCu二量体の導入により、近赤外発光効率が最大約150倍に向上した。配位子設計による精密な金属配置は、発光材料や触媒などの機能性ナノ材料設計に新たな指針を与える。

「配位駆動型」で実現する精密な合金ナノクラスターの構築

＜関連情報＞

窒素配位を利用したAu₆クラスター上への銅・銀二量体の固定化：構造変化と発光増強N-coordination-driven anchoring of M₂ dimers (M = Cu, Ag) on Au₆ cluster: structural evolution and enhanced photoluminescence

Yukatsu Shichibu;Kazuki Yamada;Hiroshi Itakura;Hiroto Morita;Lan Xu;Katsuaki Konishi
Chemical Science Published:05 August 2026
DOI:https://doi.org/10.1039/d6sc04505g

Precise alloying of gold clusters is a cornerstone for tailoring their structures and properties; however, atomic-level control over heterometal placement remains elusive due to the inherently stochastic nature of conventional synthetic routes. Herein, we report a coordination-driven alloying strategy that enables site-specific grafting of M₂ dimers (M = Cu, Ag) onto a Au₆ core stabilized by pyridyl-bridged diphosphines. Single-crystal X-ray analysis reveals that pyridyl-N → M coordination governs the formation of these Au₆M₂ clusters, with Au₆Cu₂ adopting a markedly more compact framework. While heterometal incorporation slightly perturbs the absorption bands associated with frontier orbitals, it remarkably enhances near-infrared photoluminescence in solution, affording up to a 150-fold increase in quantum yield for Au₆Cu₂. Theoretical analyses identify the heterometals as electron-deficient, weakly interacting species, indicating a ligand-governed surface anchoring mode rather than core-level substitution. This work establishes coordination-driven postsynthetic alloying as a powerful and deterministic strategy for atomically precise engineering of gold-based alloy clusters via controlled heterometal anchoring.