日本化学会

イオン性ナノ結晶の常温常圧結晶系制御

イオン性ナノ結晶は，半導体光触媒や光電変換材料などの光機能性材料として広く使われており，その多彩な特性は，構成元素・形態・結晶構造などにより決まる。中でも，イオン性ナノ結晶の結晶構造は，相図に従い温度により安定相が決まっているため，高温安定相を化学合成で得ることは困難であった。
　イオン性ナノ結晶の結晶構造制御法の1つにイオン交換法がある^1～3）。今回筆者らは，｛100｝面が露出した正六面体および｛110｝面が露出した菱形十二面体Cu₂Oナノ結晶の陰イオン・陽イオン交換を続けて行い，形態を維持したまま構成元素が置換された生成物（仮晶）の結晶構造を詳細に調べた。その結果，Cu₂Oナノ結晶を常温・常圧で陰イオン交換（O^2－→S^2－）すると，表面露出結晶面の陰イオン骨格（対称性，積層様式）により，生成物の結晶系が決定されることを見いだした^4）。すなわち，表面露出結晶面を変えるだけで，立方晶を立方晶あるいは三斜晶・六方晶に変換することができるようになった。また，得られた生成物は非常に珍しい中空状のナノ結晶（ナノケージ）であり，各結晶面の結晶軸方向が一致していない多重双晶であった。さらに，本手法を用いると，六方晶ZnSなどの高温でしか得られない結晶構造でも，常温・常圧で形成可能であることが実証された。この構造変換手法は他のイオン性ナノ結晶にも適用可能であると考えられ，従来得ることが難しい結晶構造をもつイオン性ナノ結晶やイオン結晶薄膜を作製することで，全く新しい物性・機能が創出できると期待される。

1） J. B. Rivest et al., Chem. Rev. 2013, 42, 89.
2） M. Kanehara et al., Chem. Eur. J. 2012, 18, 923.
3） M. Saruyama et al., J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 17598.
4） H.-L. Wu et al., Science 2016, 351, 1306.
寺西利治 京都大学化学研究所