沖繩科學技術研究所（OIST）科學技術組研究員Satoshi Takebayashi 博士與沖繩科學技術研究所工程部科學家Hyung-Been Kang 博士以及來自德國、俄羅斯和日本的科學家一起，在沖繩科學技術研究所成功開發出了一種新型茂金屬化合物。這一發現有望為醫學、催化和能源領域開闢新的方向。

新合成的21 電子茂金屬化合物的晶體結構，顯示氮原子（藍色）、鈷原子（紅色）、氫原子（綠色）和碳原子（灰色）。資料來源：Takebayashi 等人，2023 年

有機金屬化合物是由金屬原子和有機分子組成的分子，通常用於加速化學反應，在推動化學領域的發展方面發揮了重要作用。

茂金屬是一種有機金屬化合物，因其多功能性和特殊的”三明治”結構而聞名。茂金屬的發現是對有機金屬化學領域的重大貢獻，因此1973 年諾貝爾化學獎授予了發現並解釋其夾層結構的科學家。

茂金屬之所以用途廣泛，是因為它們能夠”夾心”多種不同元素，形成各種化合物。它們可用於各種用途，包括生產聚合物、用於測量血液中葡萄糖含量的血糖儀、過氧化物太陽能電池，還可用作催化劑（一種可提高化學反應速率而不被反應本身消耗或改變的物質）。

茂金屬化合物、其電子數和應用舉例。資料來源：Takebayashi 等人，2023 年

茂金屬的化學結構可以容納多種電子數，從而形成多達20 個電子的複合物。不過，18 電子結構最受歡迎，因為它是最穩定的結構。

“眾所周知，擁有超過18 個電子的情況很少見，因為如果偏離18 個電子，茂金屬的化學鍵就會開始拉長、斷裂並改變結構。然而，我們在19 個電子的茂金屬上增加了兩個電子，從而創造出了21 個電子的茂金屬。”Takebayashi博士解釋說：”我想大多數人都認為這是不可能的，但我們的21電子茂金屬在溶液和固體狀態下都很穩定，可以長期保存。”

有了這種新的茂金屬，我們就有可能創造出新型材料，應用於醫藥、催化和能源領域，幫助解決重要的全球性問題，提高我們的生活質量。

研究中的挑戰與合作

由於茂金屬的夾層結構很容易被改變，因此研究中最具挑戰性的部分是科學家們要證明氮已成功地與鈷結合，而不會改變夾層結構。他們必須嚴格證明茂金屬與所有相鄰碳原子都正確結合，並且氮原子與鈷原子相連。為此，Takebayashi 博士組織了一支由不同專業的研究人員組成的強大團隊，並明確證明了所有元素都結合良好。

展望未來，Takebayashi 博士未來的研究重點是將21 電子茂金屬用於催化和材料科學等更適用的科學領域，以及在此基礎上發現前所未有的有機金屬化學。