芝浦工業大学応用化学科の永 直文教授と、北海道大学触媒科学研究所の中野 環教授らの研究チームが、世界で初めて高分子によるウィア＝フェラン構造の構築に成功！
今回の成果は様々な材料への応用が可能であり、予想外の機能を持つ先端材料の開発に向けて、研究の新しい方向性を切り拓くものと期待されています。
芝浦工業大学×北海道大学「高分子ウィア＝フェラン構造」
芝浦工業大学応用化学科のの永 直文教授と、北海道大学触媒科学研究所の中野 環教授らの研究チームが、世界で初めて高分子によるウィア＝フェラン構造の構築に成功！
ウィア＝フェラン構造は、六角形2面と五角形12面を持つ十四面体と、五角形面を持つ十二面体の2種類のセルからなり、2つのセルの体積は等しくなっています。
十四面体と十二面体のセルが3:1の割合で空間を充填するように配置されることにより、この構造が形成されます。
この構造は、1993年にデニス・ウィア、ロバート・フェランによるシミュレーションにより発見され、空間充填のもっとも効率的な構造として100年以上も受け入れられてきたケルヴィン構造(切頂八面体)よりも境界面積が0.3％小さいことが分かりました。
ウィア＝フェラン構造はスポーツ競技場のモチーフになっているものもありますが、現実に直接観察されるものとしては洗剤の泡とパラジウム・鉛合金しか知られていません。
研究チームは、重合誘起相分離を用いてネットワークポリマーを合成することにより、ウィア＝フェラン構造を構築。
このポリマーの合成には、多官能(四官能)チオールと(二官能)ヘキサメチレンジイソシアネートという2つの汎用化合物(モノマー)の重付加反応を利用しました。
この合成法は、多官能モノマーを「ジョイント分子」、ジョイント分子間を繋ぐ二官能モノマーを「リンカー分子」としてポリマーネットワークを形成するジョイント・リンカーコンセプトに基づくものです。
研究チームは、トルエン中でトリエチルアミンを触媒として用いて種々の条件下でポリマーの合成を検討したところ、高モノマー濃度の反応において表面に六角形と五角形の面を持つ空間充填多面体粒子を形成することを発見。
さらに、3次元走査型電子顕微鏡を用いて多面体構造を調べたところ、これがウィア＝フェラン構造の多面体に相当することが分かりました。
今回合成された材料は、フォトニクス、分離、触媒、ナノ医療、構造材料などへの応用が期待されています。
予想外の機能を持つ先端材料の開発に向けて、既成概念にとらわれない新しいコンセプトで検討が進められています。
新たな化学の可能性を発見！
芝浦工業大学×北海道大学「高分子ウィア＝フェラン構造」の紹介でした☆
※この研究成果は、「Scientific Reports」オンライン版に掲載されています
※本研究の一部は、JSPS科研費(24550261)、MEXT科研費(JP19H02759)、科学技術振興機構(JPMJTMl9E4)の助成を受けたものです
