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講義No.09359

さまざまな分野で新しい材料を作り出す! クラスターに集まる期待

クラスターって何?

 金属原子が数個から数十個、100個以下で集まったものを「金属クラスター」といい、「バルク(塊)」を小さくしてできる原子が数百個以上集まった「ナノ粒子」と「原子」間がクラスターです。一方、「金属酸化物クラスター」は、金属原子の周りに酸素が6原子ほどくっついて1つの金属酸化物ユニットとなったものが数個~数十個ほど集まったものになります。

研究が盛んになってきた金属クラスター

 近年、1原子の違いで構造、光学特性、反応性が著しく変化する金属クラスターの研究が盛んになってきています。その背景には、真空中という極めて理想的な空間でしか生成することができなかった金属クラスターを、フラスコの中で合成できるようになったことがあります。有機分子を保護配位子として用いることで、金や銀を中心にサイズや組成を原子レベルで緻密に制御した金属クラスターの合成が可能になったことで、バルクの金属からは想像できない新しい構造、物性が発見されています。まだまだ基礎研究の段階ですが、金属クラスターの特異な電気物性、光学特性、反応性が明らかになれば、新しいデバイスや触媒の開発が期待できます。

金属酸化物クラスターの新展開

 金属酸化物クラスターはポリ酸として知られており、1800年代から研究が進められています。濃硫酸に匹敵する“超強酸性”を示す材料としても知られており、酸触媒をはじめ、光触媒、磁性体、構造体の開発が進められています。近年、欠損構造をもつ金属酸化物クラスターが塩基触媒作用を示すことが報告されました。これは欠損構造により局所的に塩基点が発現したことに起因します。最近では金属酸化物クラスターの電荷そのものを制御することで欠損構造を作ることなく、塩基触媒作用を示す材料が報告されました。このクラスターは二酸化炭素変換反応に活性を示すことがわかっており、塩基触媒作用を利用した新しい環境調和型の触媒反応系の開発が期待できます。

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この学問が向いているかも 触媒化学、無機固体化学、クラスター科学

東京都立大学(現・首都大学東京)※2020年4月校名変更
理学部 化学科 教授
山添 誠司 先生

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メッセージ

 私が研究している金属や金属酸化物クラスターの分野では、有機化学、無機化学、物理化学、分析化学など化学全般の知識はもちろんのこと、物理や数学、プログラミングといった幅広い知識が役立ちます。ですので何事にも幅広く興味を持ってください。異分野の知識が新しい研究を生み出すと思っています。
 当研究室では化学全般の知識を学ぶことができ、多様な分野で活躍できる人材の育成を心がけています。例えば化学メーカーでの研究者や、触媒・デバイスの開発者への道が考えられます。

先生の学問へのきっかけ

 もともとは機械系が好きで、自動車や電化製品のようにさまざまな部品の組み合わせによってできる「構造」が示す「機能」に興味がありました。いろいろあって化学の道に進みましたが、「構造」と「機能」という2つが自分にとっての学びの軸であり、最初は固体表面の構造を制御した光触媒の開発に従事しました。その後はバルク構造を制御した圧電材料、太陽電池材料の開発、サイズ・組成を緻密に制御した金属クラスターの開発とさまざまな分野を渡り歩きました。今後は、複数の分野で得られた知見を基盤に新しい研究を展開する予定です。

先輩たちはどんな仕事に携わっているの?

化学メーカー研究員/大学研究員/電機メーカー製造/電機メーカー開発

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山添 誠司 先生がいらっしゃる
東京都立大学(現・首都大学東京)※2020年4月校名変更に関心を持ったら

 東京都立大学(現首都大学東京)は「大都市における人間社会の理想像の追求」を使命とし、東京都が設置している公立の総合大学です。人文社会学部、法学部、経済経営学部、理学部、都市環境学部、システムデザイン学部、健康福祉学部の7学部23学科で広範な学問領域を網羅。学部、領域を越え自由に学ぶカリキュラムやインターンシップなどの特色あるプログラムや、各分野の高度な専門教育が、充実した環境の中で受けられます。

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