Layered molecular two-dimensional materials based on metal-organic polyhedra

基于金属有机多面体的层状分子二维材料

基本信息

批准号：
22KF0219
负责人：
古川修平
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KF0219/
关键词：
金属錯体多面体三角形二次元材料多孔性材料

项目摘要

グラフェンに代表される二次元材料は、その特異な構造状態に依存した物性を示すことから、非常に注目を集めている材料である。これまでの二次元材料は無機物を中心に合成されてきた一方で、有機分子を含んだ二次元材料に関する報告は未だ少ない。本研究では、平面型の金属錯体多面体（MOP)分子を合成し、分子間相互作用や配位結合によりその集合状態を制御することで、二次元にのみ配列した単分子層材料の創成を目指す。その課題は、(1)平面三角形、四角形MOPの合成、(2)二次元MOP集合体の合成と単分子層への剥離、(3) 分子性単分子層材料の特徴に依存した柔軟性挙動の発現である。分子性二次元単分子層材料は2021年初めて報告された全く新しい材料群であり、デザイン・合成法を含め未だ系統的に研究されていない。 MOPを用いたアプローチによりその解明を進める。初年度は、課題Aとして「平面性MOPの合成と集合体構造解析」を中心に研究を進めた。これまでに合成されているMOPは、八面体、立方八面体といった立体型の形状をしており等方的な構造を有している。そのため、二次元層材料へと展開が困難である。本課題では、MOPの配位子設計を行い、より異方的な平面型、特に三角形型の構造を有するMOPの合成を行った。実際に、酢酸ロジウムと三角形型になるようにデザインした配位子を用いて反応させたところ、単結晶を得た。単結晶X線構造解析により、狙った三角形型MOPが合成されたことを確認した。また、その三角形型分子が分子相互作用により2次元の集積構造を形成し、さらにその二次元構造が弱い相互作用により3次元にスタックしていることを確認した。ガス吸着測定から、三角形の中心に存在する空間にガスが吸着することを確認した。

二维材料（例如石墨烯）吸引了很多关注，因为它们表现出取决于其独特的结构状态的物理特性。虽然以前主要是由无机物质合成的二维材料，但仍然很少有关于含有有机分子的二维材料的报道。在这项研究中，我们旨在创建仅通过合成平面金属络合物多面体（MOP）分子来排列的单层材料，并通过分子间相互作用和配位键来控制其聚集状态。挑战是（1）平面三角形和方形拖把的合成，（2）二维拖把组件的合成，并剥落成角色，以及（3）（3）柔性行为取决于分子单层材料的特征。分子二维单层材料是2021年首次报道的一组全新的材料，尚未系统地研究，包括设计和合成方法。使用拖把的方法来解释这一点。在第一年，研究重点是“平面拖把的合成和组装结构的分析”作为任务A。到目前为止，合成的拖把具有三维形状，例如八面体或立方八面体，并且具有异位结构。因此，很难发展成二维层材料。在这个主题中，进行了拖把的配体设计，并具有具有更各向异性平面类型的拖把的合成，尤其是三角形的结构。实际上，使用旨在形成三角形形状的配体与乙酸菱酯进行反应，从而产生单晶。单晶体X射线结构分析证实了靶三角拖把合成。还证实，三角分子通过分子相互作用形成二维整合结构，并且由于弱相互作用而将二维结构堆叠在三个维度中。气体吸附测量结果证实，气体吸附到位于三角形中心的空间中。