Featured Synthesis

このページは個人的に面白いと思った(主に物質合成に関する)論文を、自分のための備忘録として作成しています。

Infinite-layer iron oxide with a square-planar coordination

Y. Tsujimoto, et al., Nature (London) 450, 1062 (2007).

水素化カルシウムを使って、鉄原子の周りに酸素が正方形に平面四配位するという化学的にも珍しい構造を持つ新物質SrFeO2を作り出しています。

Synthesis and Characterization of the Nickel(I) Oxide LaNiO2

M. A. Hayward et al., J. Am. Chem. Soc. 121, 8843 (1999)

近年盛んに研究されているNiO2無限層超伝導体の先駆的な研究。ペロブスカイト酸化物に対して水素化ナトリウムを反応させることで200°C程度の超低温で1価のNiという極めて珍しい電子状態を実現しています。

Pyrite Formation via Kinetic Intermediates through Low-Temperature Solid-State Metathesis

A. J. Martinolich and J. R. Neilson., J. Am. Chem. Soc. 136, 15654 (2014)

メタセシス反応を使って、低温（250-350℃）で高温高圧反応が必要なパイライト型の化合物を作り出す新しい方法を開発しています。この研究は、低温メタセシスを使った新しい物質のデザインに大きな示唆を与えています。 

Selective Formation of Yttrium Manganese Oxides through Kinetically Competent Assisted Metathesis Reactions

P. K. Todd and J. R. Neilson.,  J. Am. Chem. Soc. 141, 1191 (2019).

固相メタセシスにおける反応経路が副生成物のアルカリ金属化合物の種類に依存することを示した画期的な論文。また、この方法で、高温高圧が必要なマンガンパイロクロアなどを低温の合成を可能にしています。

Topochemical Crystal Transformation from a Distorted to a Nearly Perfect Kagome Cuprate

H. Ishikawa, et al., Chem. Mater. 29,  6719 (2017)

水熱反応を用いてカゴメ銅鉱物ボルボサイトからカゴメ銅鉱物ベシニエイトへとトポケミカルに変形させることに成功した論文。単結晶から単結晶へのトポケミカル反応は珍しい。

Single crystal growth of iridates without platinum impurities

J. Kim, et al., Phys. Rev. Materials 6, 103401 (2022)

イリジウム酸化物の単結晶をプラチナ坩堝を用いて作成するとIrサイトにPtがドープされますよ論文。

Superconductivity in WO2.6F0.4 synthesized by reaction of WO3 with teflon

D. Hirai, et al., Phys. Rev. B 84. 174519 (2011).

酸化タングステンWO3をテフロンと反応させることで酸素サイトが一部フッ素に置き換わりタングステンが還元され。それに伴い電子ドープされることで超伝導になる。

Transformations of Ruddlesden-Popper Oxides to New Layered Perovskite Oxides by Metathesis Reactions

J. Gopalakrishnan, et al., J. Am. Chem. Soc. 122, 6237 (2000) 

Ruddlesden-Popper型ペロブスカイトK2La2Ti3O10とBiOClの二種類の層状化合物を混ぜあわせることで、それぞれの成分が交互に積層して新しい層状化合物(Bi2O2)La2Ti3O10を作り出している。

A Self-Doped Oxygen-Free High-Critical-Temperature (High-Tc) Superconductor: SmFFeAs

Dan Lin, et al., Inorg. Chem. 58, 15401 (2019)

↑のようなインターグロース・メタセシス反応を、鉄ヒ素系超伝導体でもやってのけた論文。SmFClとLiFeAsからSmFFeAsを合成している。

An oxyhydride of BaTiO3 exhibiting hydride exchange and electronic conductivity

Y. Kobayashi, et al., Nat. Mater. 11, 507 (2012).

チタン酸バリウムBaTiO3と水素化カルシウムCaH2を混合して反応させるだけで、酸水素化物BaTiO3-xHxが合成され、Tiが還元されることにより電気伝導性を示すことを報告した論文。

Ion Exchange of Layered Alkali Titanates (Na2Ti3O7, K2Ti4O9, and Cs2Ti5O11) with Alkali Halides by the Solid-State Reactions at Room Temperature

T. K. Saothayanun, et al., Inorg. Chem., 59, 4024 (2020)

層状アルカリ金属チタン酸化合物とアルカリ金属ヨウ化物を乳鉢で混合するだけでアルカリイオン交換反応が促進されることを報告した論文。

Synthesis, structure and magnetic properties of V4O9—A missing link in binary vanadium oxides

S Yamazaki, et al., Solid State Chem. 183, 1496 (2010).

V2O5を硫黄と反応させることで準安定なMagneli相V4O9の単相を得ることに成功したことを報告した論文。

The Cation-Deficient Ruddlesden−Popper Oxysulfide Y2Ti2O5S2 as a Layered Sulfide: Topotactic Potassium Intercalation To Form KY2Ti2O5S2

O. J. Rutt, et al., Inorg. Chem. 42, 7906 (2003).

層状ペロブスカイトY2Ti2O5S2をカリウム蒸気中で反応させる力技で層間にカリウムをインターカレーションすることに成功している。

Selective and low temperature transition metal intercalation in layered tellurides

Takeshi Yajima, et al., Nat. Commun., 7, 13809 (2016). 

ファンデルワールス層状化合物Ti2PTe2とカドミウムを80°Cというお湯程度の低温で反応させることで、層間間隙のアニオン四配位サイトにカドミウムをインターカレートしたことを報告した論文。

Quest for quantum states via field-altering technology

G. Cao et al., npj Quantum Materials 5, 26 (2020).

スピン軌道の強いイリジウムやルテニウムの酸化物を磁場中で合成すると物性が変わることを報告した論文。

From Tetrahedral to Octahedral Iron Coordination Layer Compression in Topochemically Prepared FeLa2Ti3O10

L. Gustin et al., Inorg. Chem. 55, 21, 11529 (2016).

層状ペロブスカイトFeLa2Ti3O10を酸素中で焼くことで、鉄の一部を脱離させ、新しい層状ペロブスカイトFe2/3La2Ti3O10を合成している。鉄脱離過程で、残ったFeイオンが六配位サイトから四配位サイトへ移動している。

Ion-exchange synthesis and superconductivity at 8.6 K of Na2Cr3As3 with quasi-one-dimensional crystal structure

Q.-G. Mu et al., Phys. Rev. Materials 2, 034803 (2018)

擬一次元超伝導体K2Cr3As3を金属ナトリウムとナフタレンを溶解させたテトラヒドロフラン中で反応させることでカリウムイオンをナトリウムイオンに交換し、新しい超伝導体Na2Cr3As3を合成している。

Conversion of Li2FeSbO5 to the Fe(III)/Fe(V) Phase LiFeSbO5 via Topochemical Lithium Extraction

X. M. de Irujo-Labalde et al., Chem. Mater. 34, 2468 (2022)

Li2FeSbO5をテトラフルオロほう酸ニトロニウムと反応させることでリチウムを半分だけ引き抜き、Fe三価/Fe五価の電荷不均化状態を有するLiFeSbO5を合成している。

Structure and properties of a novel cobaltate La0.3CoO2

K. Knizek. et al.,  J. Solid State Chem. 184 2231–2237 (2011).

層状物質Na0.9CoO2と硝酸ランタンを反応させることでトポケミカル反応を引き起こし、新しい層状物質La0.3CoO2を合成している。

The Azide/Nitrate Route, a Versatile and Prolific Procedure for the Synthesis of Alkali Oxometalates

Martin Jansen,  Z. Anorg. Allg. Chem. 638, 1910 (2012). 

アジ化物を使った準安定なアルカリ-遷移金属複酸化物の低温合成のレビュー。

Topotactic Reduction of YBaCo2O5 and LaBaCo2O5  Square-Planar Co(I) in an Extended Oxide

James Seddon, et al.,  J. Am. Chem. Soc. 132, 2802−2810 (2010)

トポケミカル還元反応を用いてコバルト1価を実現した論文。 

Low-temperature synthesis of superconducting iron selenide using a triphenylphosphine flux

M. Jewels Fallon, et al.,  Dalton Trans. 48, 16298–16303  (2019)

トリフェニルホスフィンをフラックスとして用いることで鉄とセレンを低温(325°C)で直接反応させ、超伝導体FeSeを合成したことを報告した論文。新しい合成手法の扉が開きそう。

Two-Dimensional Charge Disproportionation of the Unusual High Valence State Fe4+ in a Layered Double Perovskite

Yoshiteru Hosaka, et al., J. Am. Chem. Soc. 137, 23, 7468–7473 (2015)

ブラウンミリライト型Ca2FeMnO5をオゾン中で200°Cで熱処理することで酸素をインターカレーションして、ダブルペロブスカイト型Ca2FeMnO6を合成している。

Flux growth in a horizontal configuration: An analog to vapor transport growth

J. -Q. Yan, et al.,  Phys. Rev. Materials 1, 023402 (2017).

"液相輸送法"を用いた単結晶育成のレビュー論文。

Stabilizing High-Temperature α-Li3PS4 by Rapidly Heating the Glass

Takuya Kimura, et al.,  J. Am. Chem. Soc. 145, 14466–14474 (2023)

アモルファス相を急速加熱することで(液相から見た)過冷却状態を作り出し、最終的に準安定相を得る合成法。

Selective Synthesis of Perovskite Oxyhydrides Using a High-Pressure Flux Method

Jinya Suzuki, et al., J. Am. Chem. Soc. 145, 16398–16405 (2023)

SrO, SrH2, V2O3を原料に高圧合成するとペロブスカイトSrVO3-xHxが合成され、Srを増やすとルドレスデンポッパー(RP)相Sr3V2O7-xHxやSr2VO4-xHxが合成されるものの単相が得られずSrVO3-xHxやV2O3がどうしてものこってしまうところに、塩化物SrCl2を加えるとRP相の単相ができ、その場XRDによってこの単一相が反応中間体Sr4OCl6を経由して安定化することを明らかにした論文。

Acid-Assisted Soft Chemical Route for Preparing High-Quality Superconducting 2M-WS2

Xiaoyu Song, et al., Chem. Mater. 35, 5487–5496 (2023)

K0.5WS2を酸に浸すことで単斜晶構造の準安定WS2を合成している。しかも8 Kの超伝導体。

Switching Lead for Tin in PbHfO3: Noncubic Structure of SnHfO3

Eric A. Gabilondo, et al., Angew. Chem.Int. Ed. e202312130 (2023)

SnFClを使って、ペロブスカイト中のPbイオンをSnイオンにトポケミカル交換する画期的な反応。

Multi-Step Topochemical Pathway to Metastable Mo2AlB2 and Related Two-Dimensional Nanosheet Heterostructures

Lucas T. Alameda, et al., J. Am. Chem. Soc. 141, 10852−10861 (2019). 

MoAlBを水酸化ナトリウム水溶液につけておくと、Alが一部引き抜かれて、そこからさらに600度でアニールすることでAlがちょうど半分抜けて結晶化した準安定な新物質Mo2AlB2を合成している。

Topochemical Anion Metathesis Routes to the Zr2N2S Phases and the Na2S and ACl Derivatives (A = Na, K, Rb)

C. Stoltz, et al., J. Am. Chem. Soc. 125, 4285−4292 (2003). 

ファンデルワールス物質ZnNClのCl-イオンを固相メタセシス反応によりS2-イオンに置き換えた新物質Zn2N2Sを合成している。

Topotactic fluorination of intermetallics as an efficient route towards quantum materials

Jean-Baptiste Vaney, et al., Nat. Commun. 13 1462 (2022)

金属間化合物LaFeSiとテフロンPTFEを反応させることで、層間にフッ素イオンをインターカレーションさせることに成功している。

Stabilization Of The CN35-  Anion In Recoverable High-pressure Ln3O2(CN3) (Ln=La, Eu, Gd, Tb, Ho, Yb) Oxoguanidinates

Andrey Aslandukov, et al., Angew. Chem. Int. Ed. e202311516 (2023).

超高圧下(25万気圧)で、グアニジニウムイオン(CN3)5-という新しい分子アニオンを作り出している。

Soft-Chemical Synthesis, Structure Evolution, and Insulator-to-Metal Transition in Pyrochlore-like λ-RhO2

Juan R. Chamorro, et al., Chem. Mater. 36, 1547–1558 (2024).

硝酸二アンモニウムセリウム(III)四水和物を用いてスピネルLiRh2O4のリチウムを引き抜いてλ-RhO2を合成している。

Electronic Structure Manipulation of the Mott Insulator RuCl3 via Single-Crystal to Single-Crystal Topotactic Transformation

Weiqun Lu, et al., Angew. Chem. Int. Ed. 62, e202219344 (2023)

α-RuCl3の単結晶をヨウ化アンモニウム水溶液に浸して置くことでアンモニウムイオンと水を層間にインターカレーションさせ、(NH4)0.5RuCl3·1.5H2Oを合成している。

Amalgams as Hydrogen-Free Reducing Agents for Topotactic Oxide Deintercalation

Thomas. J. Whoriskey, et al., Chem. Mater.  36, 4583–4590 (2024)

金属間化合物Na0.25AlGaを使って水素化物を使わずにペロブスカイト酸化物LaNiO3をLaNiO2に還元することに成功してChem. Mater.。新物質がいろいろ探せそう。

Kinetic and Thermodynamic Pathways Via Ion Exchange Metathesis of Cobalt Thiophosphate

H. Cein Mandujano, et al., Chem. Mater. XXXX, XXX, XXX-XXX (2024)

MgPS3とCoCl2のトポケミカル反応でCoPS3を合成してChem. Mater.。トポケミカル反応はアルカリ金属ベースなことがほとんどだが、マグネシウム化合物スタートでもよいのはいい情報。