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 ー

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ー

2022年8月 3日 12:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇大学院工学研究科　教授　髙村仁

【概要】

狈补颁濒（塩化ナトリウム）に代表される岩塩型构造^※1と颁补贵₂（フッ化カルシウム）に代表される蛍石型构造^※1は、无机化合物において、最も基本的な结晶构造です。また、岩塩构造の层（岩塩层）を持つ化合物や蛍石型构造の层（蛍石层）を持つ化合物も数多く知られています。

京都大学大学院工学研究科の加藤大地助教、阿部竜同教授、陰山洋同教授、東京工業大学理学院化学系の八島正知教授、大阪大学大学院工学研究科の佐伯昭紀教授、東北大学大学院工学研究科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^※2として知られていた酸塩化物叠颈₁₂O₁₇Cl₂の构造解析を行い、蛍石型构造に似た构造を持つ蛍石层（蛍石ユニット）の中に部分的に岩塩型构造に似た构造を持つ岩塩ユニットが内包されることで、波打った构造を有することを见出しました。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复合パターンを変化させ、构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、无机化合物の新しい构造の构筑と制御法を示したものであり、今后、この2つの基本构造を自在に组み合わせることが可能になれば、新しい机能性材料の开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。

岩塩型构造に似た构造を有する蛍石ユニット（オレンジ色の部分）と蛍石型构造に似た构造を有する岩塩ユニット（水色の部分）が复合した初の层状酸塩化物叠颈₁₂O₁₇Cl₂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、叠颈₁₂O₁₇Cl₂の波打っていた层が平坦になり、光触媒活性が向上した。

【用语解説】

※1 岩塩型構造、蛍石型構造：
岩塩型构造や蛍石型构造は、イオン结晶を代表する结晶构造です。両者の构造では、阳イオンの配置は同じ立方最密充填で并んでいるのに対して、阴イオンは蛍石型构造で四面体间隙サイト、岩塩型构造では八面体间隙サイトを占有しています。

※2 光触媒：
光触媒は、光照射下で触媒作用を示す（化学反応を促进する）物质で、通常の触媒プロセスでは困难な化学反応を常温で进行させることができます。例えば、光触媒を利用することで人间に有害な有机物や细菌を分解し、大気や水质の浄化、抗菌や除菌などに利用できます。また近年、地球温暖化や化石资源の枯渇によるエネルギー问题から、化石资源に代わる新たなエネルギー资源の开発の重要性が増しています。光触媒と太阳光のエネルギーを利用した人工光合成は、石油资源に代わるクリーンなエネルギー製造方法として大きな注目を集めています。

详细（プレスリリース本文）