京都大学iCeMS（物质-细胞统合系统基地）合作首席研究员阴山洋和阿部龙（均兼任工学研究科教授）等人组成的研究团队宣布，与东京大学、东京工业大学、国家标准与技术研究院（美国）、斯科尔科沃科技学院（俄罗斯）和安特卫普大学大学（比利时）合作，成功合成了具有带正电荷的氧化物簇的新化合物“HSbOI”。证实了作为固体酸催化剂具有优异的催化性能。以往的氧化物簇大多都带负电荷，利用HSbOI有望开发新的材料。相关成果已发布在国际科学期刊《Science Advances》6月17日号上。
此次研究获得的新物质（右）。由大中小三种团簇构成，最外侧的大簇（左）带正电荷。（供图：京都大学iCeMS）
含有主要由过渡金属和氧组成的氧化物簇的多酸在19世纪首次合成，由于其催化特性、光功能和生化作用等，而被作为功能材料进行研究。另一方面，这些氧化物簇大多都是带负电荷的。
此前，阴山教授和阿部教授在2016年发现，氧和氯共存的复合阴离子化合物（Bi4NbO8Cl）是一种可以在可见光下将水分解成氢和氧的优异半导体催化剂。之后，为进一步提高光催化活性，两人一直在研究合成含碘的复合阴离子化合物，因为碘的电负性比氯小，带隙更小，可以利用波长更长的可见光。
此次在对研究过程中合成的化合物进行调查时发现，该化合物是由氢、锑、氧和碘构成的新物质“HSbOI”。
随后，研究团队组合使用三维电子束衍射断层扫描和同步辐射X射线衍射分析了HSbOI的结构。
结果显示，HSbOI是晶胞中含有约800个原子的、由大、中、小三种团簇构成的巨大团簇晶体。另外还发现，大簇带正电荷，质子（H+）与表面的结合非常弱，表明有高反应性。
因此，为调查能否将这种高反应性作为固体氧催化剂使用，研究团队研究了典型的酸催化反应——频哪醇重排反应。结果显示，在甲苯中频哪醇能以100％的转化率转化为频哪酮，确认了作为固体酸催化剂的高催化性能。此外，在以水为溶剂的有机合成反应试验中，也实现了300次以上的高翻转数。
新物质可以通过将氧化锑（Sb2O3）粉末溶解到由碘化氢（HI）和水构成的溶液中并控制pH值的简单处理合成。
阴山教授表示：“由于新物质不是多孔物质，而且反应只发生在晶体表面，因此通过与其他分子等相结合，有望进一步提高活性。目前，理论计算表明中簇不稳定，所以我们认为可以简单地改变负电荷团簇和分子与正电荷大簇相结合。常规的负电荷氧化物簇通过改变与其结合的正电荷的离子和分子，合成了无限多种物质。我们相信，同样的方法也可以应用于提高稳定性。另外，新物质目前为固态，如果能在溶液中稳定下来，预计应用范围会扩大。”
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Science Advances
论文：Polyoxocationic antimony oxide cluster with acidic protons
DOI：10.1126/sciadv.abm5379
