冲绳科学技术大学院大学（OIST）科技技术组的竹林智司研究员等人与大阪公立大学研究生院理学研究科的佐藤和信教授等人组成的研究团队，与德国吉森-尤斯图斯-李比希大学、俄罗斯科学院共同发布研究成果称，成功开发出了有机金属化合物催化剂——茂金属的新构造。研究团队在19电子茂金属中增加2个电子，合成了21电子的茂金属。这种化合物在液态和固态下都非常稳定，可以长期保存，有望在医疗和能源领域成为推动新材料开发的重大突破。相关研究成果已于2023年9月5日发表在《Nature Communications》上。
图：21电子茂金属化合物的晶体构造。氮(蓝色)、钴(红色)、氢(绿色)和碳(灰色)原子。（供图：冲绳科学技术大学院大学）
有机金属化合物是由金属原子和有机分子组成的分子，因其具有促进化学反应的作用，一直以来在化学领域的发展中发挥着重要作用。
茂金属是一种由过渡金属与环戊二烯相连所形成的有机金属配位化合物，用途广泛，并具有特殊的“三明治”结构。其化学结构可以适应不同数量的电子，最多可以形成20电子的络合物。其中最稳定的是18电子结构。可用于制造聚合物、测量血液中葡萄糖含量的葡萄糖仪、钙钛矿太阳能电池、催化剂等多种用途。但是一旦电子数超过18，化学键就会拉长或断裂，结构产生变化。因此，一般认为21电子的茂金属是不可能被合成的。其中最大的问题是在不改变三明治结构的情况下实现氮原子与钴原子的结合。
由于茂金属的三明治结构容易发生变化，为了严格验证茂金属与相邻的所有碳原子正确结合，以及氮原子与钴原子结合，此次研究团队成立了一个由不同专业领域的研究人员组成的强大团队，成功地验证了元素之间存在正确地结合。
此次研发的新型茂金属，不仅应用于催化剂领域，还有望创造出应用于医疗和能源等领域的新材料。
竹林研究员表示：“虽然此次研究主要关注的是基础的分子结构和性质，但这种新型茂金属有望创造出应用于催化剂、医疗和能源等领域的新材料。进而可能解决全球性重要问题，为提高我们生活质量作出贡献。”
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：Nature Communications
论文：Synthesis and characterization of a formal 21-electron cobaltocene derivative
DOI：10.1038/s41467-023-40557-7
