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）引起了广泛关注，因为它们表现出取决于其独特结构状态的物理特性。虽然迄今为止二维材料主要是由无机材料合成的，但关于含有有机分子的二维材料的报道仍然很少。在这项研究中，我们的目标是通过合成平面金属复合多面体（MOP）分子并通过分子间相互作用和配位键控制其组装状态来创建仅在二维上排列的单层材料。挑战是（1）平面三角形和四边形MOP的合成，（2）二维MOP聚集体的合成并剥离成单层，以及（3）取决于单层分子材料特性的柔性行为。分子二维单层材料是一类全新的材料，于2021年首次被报道，尚未得到系统的研究，包括其设计和合成方法。我们将继续通过使用 MOP 的方法来阐明这一点。第一年，研究重点是“平面MOP的合成和骨料结构分析”作为主题A。迄今为止合成的MOP具有三维形状，例如八面体和立方八面体，并且具有各向同性结构。因此，很难将其发展成二维层状材料。在本项目中，我们设计了MOP的配体，合成了具有更加各向异性平面结构，特别是三角形结构的MOP。事实上，单晶是通过乙酸铑与设计成三角形的配体反应获得的。单晶X射线结构分析证实已合成了所需的三角形MOP。我们还证实，三角形分子由于分子相互作用而形成二维堆叠结构，并且由于弱相互作用而二维结构在三维空间中堆叠。气体吸附测量证实气体被吸附在三角形中心的空间中。