Featured Synthesis in Solid State Chemistry

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

Topochemical Reaction Involving Double-to-Single Layer Conversion: Mo3Ta2O10N with a Kagomé Lattice

Ryota Higuchi, et al., Journal of the American Chemical Society, 147, 27576–27585 (2025)

Mo2Ta2O11をMo(CO)6共存下で加安分解することでMoO4二重層にトポケミカルにMoイオンが挿入されることでMoO6単層に再配列し、Mo4.33+カゴメ格子をもつ新しい酸窒化物Mo3Ta2O10Nを創成してJACS。

Metastable 1T-RhO2 with a Triangular Lattice: A Possible Quantum Spin Liquid Candidate

Yang-Yang Lv, et al., The Journal of Physical Chemistry Letters,16, 8303-8310 (2025).

Cs0.5RhO2をぬるま湯で煮込むことでCsイオンをトポケミカルに引き抜いて準安定層状vdW三角格子1T-RhO2を合成して、約1.0 eVの絶縁体で2 Kまで磁気秩序・スピングラス不在、ラマンで分数化マヨラナ励起の兆候を示すQSL候補であることを報告。 

Gene-Inherited [Se2] Dimers in a Reactive Salt Flux: Synthesis of a Quasi-One-Dimensional NbSe2 Superconductor

Ruijin Sun, et al., Journal of the American Chemical Society, 147, 24201–24205 (2025)

K2Se2を出発原料として、Se2ダイマーを保った化合物KxNbSe2を合成し、ソフト化学的な脱カリウム処理を施すことで、Nb原子と[Se2]ダイマーが一次元鎖をなすTC ＝ 9.5 Kの超伝導体である新多形Nb[Se2]を合成してJACS。

Oxyhydride Synthesis through Facile Water Dissociation on the Electride Intermetallic LaScSi

Khaled Alabd, et al., Journal of the American Chemical Society, 147, 22015-22023 (2025)

金属間化合物LaScSiと水を反応させることでトポケミカルに酸水素化物LaScSiOxHyを合成してJACS。

Thermally stable proton-conducting oxy-hydroxides synthesized in concentrated water vapor

Kenji Arai, et al., J. Mater. Chem. A, 13, 21472-21479 (2025).

高濃度高温水蒸気合成によって、新しいミスフィット層状酸水酸化物 [Ba2Ox(OH)y]0.55InO2の合成に成功している。新物質がいろいろ見つかりそう。

Hydrogen-Assisted Mg Intercalation into 2H-TaS2

Masaya Fujioka, et al., J. Am. Chem. Soc. 146, 34324–34332 (2024).

高圧でTaS2とMgH2を反応させることでマグネシウムと水素を同時にTaS2へ挿入することで、TaS2へのマグネシウムインターカレーションに成功している。

Topochemical synthesis of anion-intercalated transition metal dichalcogenide superconductor S0.66(2)WS2

Ruijin Sun, et al., Chem. Commun. 60, 15043-15046 (2024).

遷移金属ダイカルコゲナイドWS2にアニオンである硫黄をインターカレーションしている。

Mechanochemical Synthesis and Magnetic Properties of the Mixed-Valent Binary Silver(I,II) Fluorides, AgI2AgIIF4 and AgIAgIIF3

Matic Belak Vivod, et al., J. Am. Chem. Soc. 146, 30510−30517 (2024).

メカノケミカル反応を用いてAg2+イオン(S = 1/2)を含むフッ化物ペロブスカイト/層状ペロブスカイトを合成している。

When van der Waals Met Kagome A 2D Antimonide with a Vanadium-Kagome Network

Aishwarya Mantravadi, et al., J. Am. Chem. Soc. 146, 26786–26800 (2024).

KV6Sb6からカリウムイオンを引き抜いて（ほぼ）ファンデルワールス結晶カゴメ金属を実現。

Accessing bands with extended quantum metric in kagome Cs2Ni3S4 through soft chemical processing 

Graciela Villalpando, et al., Sci. Adv. 10, eadl1103 (2024)

Cs2Ni3S4を塩酸と反応させてCsを半分引き抜いたCsNi3S4でフラットバンド＋カゴメ強磁性を実現している。

Sr2MnO2Na1.6Se2: A Metamagnetic Layered Oxychalcogenide Synthesized by Reductive Na Intercalation to Break [Se2]2- Perselenide Dimer Units

Souvik Giri, et al., Chem. Mater.  36, 5730–5740 (2024)

Sr2MnO2Se2に対して、ナトリウムナフタレニドを用いてSeダイマーを切断しつつNa+をインターカレーションしている。

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. 36, 5172–5183 (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。

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Aサイト欠損スピネルλ-RhO2を合成している。

Anion redox as a means to derive layered manganese oxychalcogenides with exotic intergrowth structures

 Shunsuke Sasaki, et al., Nature Communications 14, 2917 (2023)

単なるイオン挿入脱離だけではなくアニオンレドックス反応に伴う化学結合の再構築に注目した新しいトポケミカル反応を開発している。

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-という新しいポリアニオンを作り出している。

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。

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。

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。

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を増やすとルドルスデンポッパー(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。

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。

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。

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。

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。

Design of metastable oxychalcogenide phases by topochemical (de)intercalation of sulfur in La2O2S2

Shunsuke Sasaki, et al., Nat. Commun. 12 3605 (2021)

硫黄の脱離挿入で新しい準安定層状オキシカルコゲナイドを合成している。

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。

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。

Freestanding Cubic ZrN Single-Crystalline Films with Two-Dimensional Superconductivity

Yuqiao Guo, et al.,  J. Am. Chem. Soc. 141, 10183–10187 (2019)

CaH2を使って層状ZrNClからCl-を引き抜いて、超伝導ファンデルワールス物質ZrNを合成している。

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。

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。

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。この方法で、高温高圧が必要なマンガンパイロクロアの常圧低温合成を実現している。

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

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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)

ブラウンミラライト型Ca2FeMnO5をオゾン雰囲気下、200°Cで熱処理することで、酸素がインターカレーションされ、ダブルペロブスカイト型Ca2FeMnO6が合成されている。

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)

固相メタセシス反応を使って、高温高圧反応が必要なパイライト型の化合物を低温常圧（250-350℃）で作り出す新しい方法を開発している。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 

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還元剤として用いることで、鉄原子が酸素と平面四配位し、正方形構造を形成する新物質SrFeO2を合成することに成功している。

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。

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に対し、固相メタセシス反応を用いてCl⁻イオンをS²⁻イオンに置換し、新たな層状化合物Zn2N2Sの合成に成功している。

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。

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かつ水素化物を用いて前駆体酸化物の酸素を引き抜いて新物質を合成するというコンセプトの先駆的な研究。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る。