研究紹介

主な研究テーマ

  • 金属核数・原子配列・分子サイズが精緻に制御された金属集積体(クラスター)の開発と機能発現
  • 鋳型となる有機化合物の合成とそれらを用いた金属クラスター分子の精密鋳型合成
  • 遷移金属クラスターの触媒機能開発、機能性材料としての応用
  • 遷移金属と典型元素の協働作用を活かした機能性錯体・クラスターの開発
  • 研究概要

    1. ナノサイズの金属化合物は、サイズ効果に基づく特異な性質を有するため、次世代を担う機能性化合物として多くの分野からの注目を集めています。本研究室では、所望とする機能の発現に最適なサイズ・構造・金属原子配列を持つ金属集積体(クラスター)の精緻な設計・合成法として新たに「鋳型合成法」を開発し、この手法を利用した様々な金属クラスター分子の開発と、それらの触媒として応用などの多彩な機能開拓を目指しています。
    2. ケイ素などの典型元素を配位子として遷移金属に導入する事で、典型元素/遷移金属の協働作用に基づく非常に高い反応性を示す錯体の合成が可能です。当研究室では、典型元素と遷移金属を併せ持つ錯体・クラスター分子を独自の手法により合成し、それらを触媒として利用した物質変換法の開発を行っております。特に鉄などの第一周期遷移金属化合物に注目し、これらを触媒として用いることで、貴金属に依存しない資源・環境・エネルギー問題の解決に資するプロセス開発を目指しています。

    研究事例

    図1 環状ケイ素化合物を鋳型とする世界最大のPdナノシート分子の合成

    折れ曲がった平面状構造を持つラダーポリシランを金属を集積する鋳型分子として用いることで、計11原子のPdが折れ曲がった平面状に集積された世界最大の金属ナノシート分子の開発に成功しました。

    図2 次元性拡張という新概念に基づく3次元金属クラスター分子の開発

    鋳型となるケイ素分子内に金属間を連結できるリンカーとして機能できる部位を導入することで、鋳型合成法において次元性拡張が可能となり、従来では構築が極めて困難であった3次元構造を持つ金属クラスターの選択的合成に成功しました。

    図3 ベースメタル・ケイ素触媒の創出と高機能性触媒としての応用

    ケイ素配位子を導入した鉄触媒の簡便な合成法を開発し、高効率的な触媒反応を実現しました。従来法では多くの場合、貴金属化合物が触媒として使われておりましたが、適切に構造設計したベースメタル触媒を開発することで貴金属に依存しない新しいものづくりの手法を開発しました。

    図4 グローブボックスを駆使した物質合成

    グローブボックス等を活用した不活性ガス雰囲気下での実験を駆使して、空気・水に対し不安定な化合物でさえも自在に合成します。

    連絡先

    東京大学
    生産技術研究所 物質・環境系部門
    機能性金属クラスター科学分野
    砂田研究室

    〒153-8505
    東京都目黒区駒場4-6-1 Fe-604号室 Tel: 03-5452-6361
    sunada(at)iis.u-tokyo.ac.jp
    [(at)を@にして下さい]