京大，常温・常圧でイオン性ナノ結晶の構造を制御

京都大学の研究グループは，常温・常圧でのイオン性ナノ結晶の陰イオン交換反応において，表面に露出している結晶面の陰イオン骨格（対称性や積層様式）が，生成物の結晶構造を決定することを発見した（ニュースリリース）。

イオン性ナノ結晶は，半導体光触媒や光電変換材料などの光機能性材料として広く使われており，その多彩な特性は，構成元素・形態・結晶構造などにより決まる。なかでも，イオン性ナノ結晶の結晶構造は，温度によりどの構造が安定に存在できるかが決まっているため，高温で安定な結晶構造を化学合成で得ることは困難だった。

研究グループは，表面に露出している結晶面の異なる二種類の多面体Cu₂Oナノ結晶のイオン交換反応を行ない，形状を維持した生成物の結晶構造を詳細に調べた。その結果，Cu₂Oナノ結晶を常温・常圧で陰イオン交換（O^2-→S^2-）すると，表面に露出している結晶面の陰イオン骨格（対称性と積層様式）により，生成物の結晶系が決定されることを見出した。

すなわち，表面露出結晶面を変えるだけで，立方晶（陰イオン：体心立方格子）を立方晶（陰イオン：面心立方格子）あるいは三斜晶（陰イオン：六方最密格子様）・六方晶（陰イオン：六方最密格子）に変換することができるようになった。

また，得られた生成物は非常に珍しい中空状のナノ結晶（ナノケージ）であり，各結晶面の結晶軸方向が一致していない多重双晶体であることが分かった。この手法を用いると，六方晶ZnSなどの高温でしか得られない結晶構造でも，常温・常圧で形成可能であることを実証した。

今回の研究成果は，イオン性ナノ結晶の陰イオン交換反応において，露出結晶面の陰イオン骨格（対称性や積層様式）が生成物の結晶系決定に重要な役割を果たしていることを意味し，陰イオン骨格の適切な選択が相図に依存しない結晶系の形成に有効であることを示している。

このように，陰イオン骨格の異なる結晶面からなるイオン性ナノ結晶の陰イオン交換により，異なる結晶系のイオン性ナノ結晶を合成したのは初めて。

今回の研究では，露出結晶面の異なる二種類の立方晶Cu₂Oナノ結晶の陰イオン交換反応とそれに続く陽イオン交換反応により，結晶系の異なるCuxS，CdS，ZnSナノケージの合成に成功した。

イオン性ナノ結晶の種類は極めて多いため，今回開発した構造変換手法を種々のイオン性ナノ結晶に適用することで一般性を実証するとともに，従来では得られない結晶構造をもつイオン性ナノ結晶やイオン結晶薄膜を作製することで，全く新しい物性・機能を見出せるのではないかとしている。特に，光エネルギー変換材料分野における新しい光触媒や光電変換材料の開発に期待を寄せている。