基板に直接塗布できる ヘテロ金属配位ナノシートをインク化：新手法でコロラド溶液として合成

東京理科大学の西原寛嘱託教授らによる研究グループは、ヘテロ金属配位ナノシートのインク化に成功した。印刷技術による配位ナノシートの大量生産や基板への直接塗布が可能となる。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

印刷技術による配位ナノシートの大量生産や基板への直接塗布が可能に

　東京理科大学の西原寛嘱託教授らによる研究グループは2025年7月、ヘテロ金属配位ナノシートのインク化に成功したと発表した。印刷技術による配位ナノシートの大量生産や基板への直接塗布が可能となる。

　配位ナノシートは、金属イオンと平面的なπ共役系有機分子との配位結合によって形成される二次元高分子。金属イオンの選択や配位子の分子設計により、さまざまな物理的・化学的特性を持たせることができる。このため、エネルギー貯蔵や電子デバイス、電極材料、触媒などの用途で注目されている。

　研究グループはこれまで、配位ナノシートの開発に取り組んできた。成果の1つが、膜状の多層および単層多孔性ニッケルジチオレンナノシート「NiDT（Ni₃BHT₂）」の合成である。ベンゼンヘキサチオール（BHT）とNi²⁺との液−液界面および、気−液界面における錯形成反応を活用して実現した。

　2022年には、種類が異なる2つの金属（NiとCu）を含むヘテロ金属配位ナノシート「NiCu₂BHT」について、二相界面を用いたボトムアップ法で合成する手法を発表した。この方法で得られたNiCu₂BHTは、結晶性に優れ電気伝導率も高いことが分かった。そこで今回、より精密で汎用性が高いヘテロ金属配位ナノシートの合成法を確立するための研究に取り組んだ。

　今回は、2つの新しい方法でヘテロ金属配位ナノシートを合成した。その1つは、金属イオンとBHTの単相反応によって調製した配位ナノシートのコロイド溶液を用いる方法である。NiDTとNiBHTのコロイド溶液を製造する条件を見出したことで、CuBHTやZnBHTのコロイド溶液についてもNiBHTと同じ方法で合成に成功した。

　これまで行われてきた合成方法の場合、二相界面合成だと薄膜、単相合成では粉状の生成物が得られる。ところがこれらの生成物は加工することが難しかったという。新たな方法だと、配位ナノシートをインク化できるため、基板などにコーティングすることが容易となった。

今回提案した配置ナノシートコロイドの作製方法［クリックで拡大］ 出所：東京理科大学

　未反応のBHTを含むNiDTコロイド溶液にCu²⁺を添加することで、NiCu₂BHTの選択的合成にも成功した。また、NiDTコロイド溶液にZn²⁺を反応させたところ、新材料のNiZn₂BHTを合成できたという。

　ヘテロ金属配位ナノシートを合成するもう1つの方法とは、NiBHTのトランスメタル化反応を用いたことである。今回は、NiBHTとCu²⁺とのトランスメタル化反応を詳細に調べた。これにより、2段階のトランスメタル化反応が進行し、最終的にCuBHTが生成される。ところが第1段階では、NiCu₂BHTが生成されていることを確認した。

　実験では、得られた成果物（NiDT、NiBHT、NiCu₂BHT、NiZn₂BHT）の電気伝導度についても調べた。金属イオンとBHTの単相反応によって生成された配位ナノシートにおける電気伝導度の大きさは、NiCu₂BHT、NiBHT、NiDTの順で、NiZn₂BHTはNiDTとほぼ同等であった。

　一方、トランスメタル化反応で得られた成果物の配位ナノシートにおける電気伝導度は、tm- NiCu₂BHTが、NiBHTやtm-CuBHTの電気伝導度を上回ることが分かった。

　今回の研究成果は、東京理科大学の西原氏の他、伊藤実祐氏（2024年度修士課程修了）、福居直哉プロジェクト研究員、高田健司プロジェクト研究員、前田啓明嘱託講師らによるものである。