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理学部 化学科
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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？
金属原子が数个から数十个、100个以下で集まったものを「金属クラスター」といい、「バルク（块）」を小さくしてできる原子が数百个以上集まった「ナノ粒子」と「原子」间がクラスターです。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个～数十个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原子の违いで构造、光学特性、反応性が着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、真空中という极めて理想的な空间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。有机分子を保护配位子として用いることで、金や银を中心にサイズや组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构造、物性が発见されています。まだまだ基础研究の段阶ですが、金属クラスターの特异な电気物性、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开発が期待できます。
金属酸化物クラスターの新展开
金属酸化物クラスターはポリ酸として知られており、1800年代から研究が进められています。浓硫酸に匹敌する“超强酸性”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、构造体の开発が进められています。近年、欠损构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报告されました。これは欠损构造により局所的に塩基点が発现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电荷そのものを制御することで欠损构造を作ることなく、塩基触媒作用を示す材料が报告されました。このクラスターは二酸化炭素変换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环境调和型の触媒反応系の开発が期待できます。
大型放射光施设を利用した先端研究
大型放射光施设とは？
放射光とは、光とほぼ同じ速度まで加速した电子を磁石によって曲げた际に発生する光（电磁波）のことです。兵库県の播磨にある厂笔谤颈苍驳-8や茨城県の筑波にある笔贵に代表される放射光を生み出すことができるところを大型放射光施设と呼んでいます。大型放射光施设では、実験室で発生させることができる齿线（电磁波の一种）よりも高エネルギーで高密度の齿线を利用することができるため、ナノテクノロジーやバイオテクノロジーなど幅広い分野の研究に利用されています。
金属クラスターの特异な热物性
省スペース化、コスト削减のため、ナノサイズ（1ミリの100万分の1の大きさ）にまで小さくするナノ化がデバイスや机能性材料の分野で进んでいます。ナノ化する际に课题となるのが「热ゆらぎ」です。私たちが普段、何も感じない室温であっても、原子レベルでは热による影响を受けています。最近の研究で、大型放射光施设を利用した齿线吸収分光法により、金属クラスター（ある金属原子が数个から十数个集まった状态）の热物性が原子レベルで解明され、热物性の一つである原子间结合の硬さに阶层性があることがわかりました。これまで计算化学からしか予想されてこなかった金属クラスターの热物性を実験から実証できつつあり、今后の研究が期待できます。
「その场観察」が切り开く新材料
これまでとらえられなかった现象や特性を理解するには、测定?解析技术の进歩も不可欠です。例えば、放射光を使った时间分解测定という方法があります。これは、ミリ秒以下の细かいスケールで、触媒や材料の特性が発现している间の状态や构造の変化を観察し、机能が発现する仕组みを明らかにしようというものです。热物性や触媒反応を调べるには齿线吸収分光法などを使いますが、加えて、「时分割オペランド分光」という分析法により、机能のより精密な解析も行われています。このような分析により、新しい材料を作るアイデアが得られるはずです。
高校生?受験生の皆さんへのメッセージ
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、有机化学、无机化学、物理化学、分析化学など化学全般の知识はもちろんのこと、物理や数学、プログラミングといった幅広い知识が役立ちます。ですので何事にも幅広く兴味を持ってください。异分野の知识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识を学ぶことができ、多様な分野で活跃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?デバイスの开発者への道が考えられます。
梦ナビ编集部监修
