沖繩科學技術大學院大學（OIST）科技技術組的竹林智司研究員等人與大阪公立大學研究生院理學研究科的佐藤和信教授等人組成的研究團隊，與德國吉森-尤斯圖斯-李比希大學、俄羅斯科學院共同發佈研究成果稱，成功開發出了有機金屬化合物觸媒——茂金屬的新構造。研究團隊在19電子茂金屬中增加2個電子，合成了21電子的茂金屬。這種化合物在液態和固態下都非常穩定，可以長期保存，有望在醫療和能源領域成爲推動新材料開發的重大突破。相關研究成果已於2023年9月5日發表在《Nature Communications》上。
圖：21電子茂金屬化合物的晶體構造。氮(藍色)、鈷(紅色)、氫(綠色)和碳(灰色)原子。（供圖：沖繩科學技術大學院大學）
有機金屬化合物是由金屬原子和有機分子組成的分子，因其具有促進化學反應的作用，一直以來在化學領域的隊形變換中發揮着重要作用。
茂金屬是一種由過渡金屬與環戊二烯相連所形成的有機金屬配位化合物，用途廣泛，並具有特殊的「三明治」結構。其化學結構可以適應不同數量的電子，最多可以形成20電子的錯合物。其中最穩定的是18電子結構。可用於製造聚合體、測量血液中葡萄糖含量的葡萄糖儀、鈣鈦礦太陽能電池、觸媒等多種用途。但是一旦電子數超過18，化學鍵就會拉長或斷裂，結構產生變化。因此，一般認爲21電子的茂金屬是不可能被合成的。其中最大的問題是在不改變三明治結構的情況下實施氮原子與鈷原子的結合。
由於茂金屬的三明治結構容易發生變化，爲了嚴格驗證茂金屬與相鄰的所有碳原子正確結合，以及氮原子與鈷原子結合，此次研究團隊成立了一個由不同專業領域的研究人員組成的強大團隊，成功地驗證了元素之間存在正確地結合。
此次研發的新型茂金屬，不僅應用於觸媒領域，還有望創造出應用於醫療和能源等領域的新材料。
竹林研究員表示：「雖然此次研究主要關注的是基礎的分子結構和性質，但這種新型茂金屬有望創造出應用於觸媒、醫療和能源等領域的新材料。進而可能解決全球性重要問題，爲提高我們生活品質作出貢獻。」
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：Nature Communications
論文：Synthesis and characterization of a formal 21-electron cobaltocene derivative
DOI：10.1038/s41467-023-40557-7
