大阪大學研究生院理學研究科的今野巧教授等人組成的研究團隊，開發出了只需在室溫下浸入溶液中即可合成稀土類氫氧化物團簇的簡單方法。這種團簇有望作爲分解殘留農藥的固體觸媒和實施極低溫的磁性冷凍材料等高功能材料使用。
近來的研究發現，分子中聚集了大量稀土類離子的團簇的用途非常廣泛，比如磁性、發光和催化等。不過，由於這類離子的幾何結構容易發生變化，因此必須利用專門設計的有機物質來控制氫離子濃度（pH）、反應比和反應溫度，在此基礎上合成溶液。
此次的研究團隊利用晶體中離子具有極高運動性的「離子導體晶體」，將離子導體晶體浸入醋酸鑥（Lu）溶液中。觀察發現，有4個以上的鑥離子進入晶體中，新形成了骰子狀錯合物。
稀土類氫氧化物團簇的合成示意圖。溶液中的稀土類離子（Ln）進入晶活體內，形成新的錯合物結構（大阪大學供圖）
利用的晶體是今野教授等人2018年開發的「水和鉀超離子導體晶體」，由氨基酸L-半胱胺酸、金屬銠和鋅的離子、鉀離子及水分子構成。鉀離子具有很高的離子傳導率，此次將鉀離子置換成了鑥離子等。
發生反應之前的離子導體晶體爲水溶性，發生反應後則變成了不溶性聚合物。在骰子狀錯合物的立方體頂點，鑥離子和氫氧離子以4個爲一組交替排列。無需調整鑥離子與離子導體晶體的反應比，發生反應之前和之後，離子導體晶體的骨架也沒有變化。
水和鉀超離子導體晶體的結構。黃色部分表示離子傳導路徑。（大阪大學供圖）
研究團隊還合成了其他稀土類離子。利用高輝度光科學研究中心的大型同步輻射設施「SPring-8」對粉末進行X射線繞射發現，除了鑥之外，離子半徑比較小的釓（Gd）、鋱（Tb）、鏑（Dy）、鈥（Ho）、鉺（Er）、銩（Tm）和鐿（Yb）這7種元素也形成了骰子結構。
研究應答，這些晶體可作爲促進殺蟲劑和除草劑的成分——磷酸酯類分解的固體觸媒使用，此外，隨着磁場發生變化，釓晶體的絕對溫度從2.6度降至1.8度，可作爲雌性冷凍材料使用。
合成的8種稀土類氫氧化物團簇的結構（大阪大學供圖）
錯合物化學領域廣泛研究了名爲「合成後修飾」的方法，即針對預先合成的晶體實施化學反應，在保持晶體狀態的同時將其轉化爲新化合物。研究團隊認爲，此次的晶活體內合成法將成爲透過合成後修飾製作高功能稀土類團簇材料的新選擇。
論文資訊
題目：Single‐Crystal‐to‐Single‐Crystal Installation of Ln4(OH)4 Cubanes in an Anionic Metallosupramolecular Framework
期刊：Angewandte Chemie International Edition
DOI：10.1002/anie.202008296
日文： JST Science Portal 編輯部
中文：JST 客觀日本編輯部
