Synthesis of functional metallo-macrocyclic cluster

• Project/Area Number: 16H04115
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Inorganic chemistry
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Imaoka Takane 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (80398635)
• Research Collaborator: YAMAMOTO Kimihisa
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000); Fiscal Year 2018: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2017: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2016: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000)
• Keywords: 白金 / クラスター / 触媒 / 金属クラスター / 銀 / 合金 / ナノ材料 / 触媒・化学プロセス / 燃料電池 / ナノ粒子 / 透過型電子顕微鏡 / 多核・クラスター錯体

Outline of Final Research Achievements

Polynuclear complexes from [PtL2]5 to [PtL2]12 were formed and could be isolated by size exclusion chromatography (SEC). We prepared ultrafine platinum clusters (Pt5-Pt12) whose number of constituent atoms is corresponding to the atomicity of the precursors. Thiol deprotection from the platinum thiolate [PtL2]x successfully provided the cluster catalyst.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

金属クラスターは次世代の触媒として大いに期待されている。一般的に気相合成法では質量分割をともなうため、得られる単分散クラスターの量は数ng程度が上限であり、実用には不向きであった。本手法では、バッチ式の化学合成法であるため、mgからgオーダーのスケールが可能であり、精度と合成スケールを併せ持った新しい方法であり、本分野の進展に大きく貢献する。

Research Products

• [Journal Article] Isomerizations of a Pt4 cluster revealed by spatiotemporal microscopic analysis (2019)
  • Author(s): Imaoka Takane、Toyonaga Tetsuya、Morita Mari、Haruta Naoki、Yamamoto Kimihisa
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 55 Issue: 33 Pages: 4753-4756
  • DOI: 10.1039/c9cc00530g
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Wet-Chemical Strategy for Atom-Precise Metal Cluster Catalysts (2019)
  • Author(s): Imaoka Takane、Yamamoto Kimihisa
  • Journal Title: Bulletin of the Chemical Society of Japan Volume: 92 Issue: 5 Pages: 941-948
  • DOI: 10.1246/bcsj.20190008
  • NAID: 130007649756
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Epitaxially Grown Ultra-Flat Self-Assembling Monolayers with Dendrimers (2018)
  • Author(s): T. Imaoka, N. Bukeo, K. Yamamoto
  • Journal Title: Molecules Volume: 23 Issue: 2 Pages: 485-485
  • DOI: 10.3390/molecules23020485
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Platinum clusters with precise numbers of atoms for preparative-scale catalysis (2017)
  • Author(s): Imaoka Takane、Akanuma Yuki、Haruta Naoki、Tsuchiya Shogo、Ishihara Kentaro、Okayasu Takeshi、Chun Wang-Jae、Takahashi Masaki、Yamamoto Kimihisa
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 8 Issue: 1 Pages: 688-688
  • DOI: 10.1038/s41467-017-00800-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Finely controlled multimetallic nanocluster catalysts for solvent-free aerobic oxidation of hydrocarbons (2017)
  • Author(s): Takahashi Masaki、Koizumi Hiromu、Chun Wang-Jae、Kori Makoto、Imaoka Takane、Yamamoto Kimihisa
  • Journal Title: Science Advances Volume: 3 Issue: 7
  • DOI: 10.1126/sciadv.1700101
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Transformation of Size-controlled Platinum Clusters on the Surface Ligand-exchange Reactions (2016)
  • Author(s): T. Imaoka, S. Tsuchiya, K. Yamamoto
  • Journal Title: Chem. Lett. Volume: 45 Issue: 12 Pages: 1450-1452
  • DOI: 10.1246/cl.160822
  • NAID: 130005475752
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 白金サブナノ粒子触媒の精密合成 (2018)
  • Author(s): 今岡 享稔
  • Organizer: 触媒学会 バイオマス変換触媒研究会講演会
  • Invited
• [Presentation] Incremental Synthesis of Atom-precise Cluster Catalysts (2018)
  • Author(s): Takane Imaoka, Kimihisa Yamamoto
  • Organizer: International CSL Forum on Photo and Catalytic Science for Sustainable Society
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Theoretical Investigation on Structural Stability and Catalytic Activity of Platinum Clusters of Low Atomicity (2018)
  • Author(s): Naoki Haruta, Yuki Akanuma, Akiyoshi Kuzume, Takane Imaoka, Kimihisa Yamamoto
  • Organizer: International Congress on Pure & Applied Chemistry 2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Large-amount Synthesis of Atom-precise Metal Clusters (2018)
  • Author(s): Takane Imaoka
  • Organizer: 2018 IMCE International Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 指向性共役オリゴマーの合成と金属集積 (2018)
  • Author(s): 大川瑞季, 雨宮史, 山元公寿, 今岡享稔
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] 前周期4d/5d金属イオンの自在集積による極小ナノ粒子の創製 (2018)
  • Author(s): 脇坂 聖憲, 今岡 享稔, 山元 公寿
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] Atomicity Precise Synthesis of Metal Clusters Using Multinuclear Platinum Ring Complexes as the Precursor (2018)
  • Author(s): Yuki Akanuma, Takane Imaoka, Kimihisa Yamamoto
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] 鋳型デンドリマーを用いたガリウムの精密集積とクラスター合成 (2018)
  • Author(s): 新井 裕喜, 神戸 徹也, 渡邉 藍子, 今岡 享稔, 山元 公寿
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] デンドリマー骨格の違いがもたらすサイズ制御パラジウムナノ粒子触媒の活性変化 (2018)
  • Author(s): 北澤 啓和, アルブレヒト 建, 田 旺帝, 今岡 享稔, 山元 公寿
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] 担持金属サブナノ粒子の安定性 (2018)
  • Author(s): 大西孝明, 今岡享稔, 山元公寿
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] 超原子機能を目指したビスマスクラスターの精密合成とポリマー保護 (2018)
  • Author(s): 細野 伶奈, 神戸 徹也, 今岡 笙太郎, 今岡 享稔, 山元 公寿
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] Atomically-Precise Synthesis of Ptn (n = 5-12) Clusters by Reductive Calcination of Cyclic Multinuclear Platinum Complexes (2017)
  • Author(s): 赤沼友貴, 今岡享稔, 山元公寿
  • Organizer: 日本化学会第97春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学 日吉キャンパス
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] 白金多核錯体を前駆体とした原子数の制御された白金クラスターの合成 (2017)
  • Author(s): 赤沼 友貴, 今岡 享稔, 山元 公寿
  • Organizer: ナノ学会第15回大会
• [Presentation] 水素還元法によるデンドリマーを鋳型とした精密金属クラスター触媒の合成 (2017)
  • Author(s): 郡誠, 今岡享稔, 山元公寿
  • Organizer: ナノ学会第15回大会
• [Presentation] 樹状高分子に内包された白金クラスター触媒の基質形状選択性 (2017)
  • Author(s): 加藤悠登, 神戸徹也, 今岡享稔, 山元公寿
  • Organizer: 第66回高分子学会年次大会
• [Presentation] Atomically-precise Metal Clusters for Preparative-scale Catalysis (2017)
  • Author(s): Takane Imaoka
  • Organizer: Japan-China Joint Interdisciplinary Symposium on Coordination-based Hybrid Materials
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Preparative-scale synthesis of metal clusters with precise numbers of atoms (2017)
  • Author(s): Takane Imaoka, Yuki Akanuma, Kimihisa Yamamoto
  • Organizer: Gordon Research Conference (Clusters & Nanostructures)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] デンドリマーリアクターによる精密白金サブナノ粒子合成 (2017)
  • Author(s): 今岡享稔, 山元公寿
  • Organizer: 錯体化学若手の会夏の学校2017
  • Invited
• [Presentation] Dendrimer-based Electron Rectifier for Efficient Charge Separation (2017)
  • Author(s): Takane Imaoka, Kimihisa Yamamoto
  • Organizer: IUPAC 17th International Symposium on MacroMolecular Complexes (MMC-17)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 運動エネルギーで駆動される界面窒化反応によるGaNの室温合成 (2017)
  • Author(s): 今岡享稔, 岡田健, 寒川誠二, 山元公寿
  • Organizer: 第68回コロイド界面討論会
• [Presentation] 原子数制御 Ptn (n = 5_12) のミリグラムスケール合成 (2017)
  • Author(s): 赤沼友貴, 今岡享稔, 山元公寿
  • Organizer: 第11回分子科学討論会
• [Presentation] 典型金属集積デンドリマーの構築と機能化 (2017)
  • Author(s): 神戸徹也, 渡邉藍子, 今岡享稔, 山元公寿
  • Organizer: 第66回高分子討論会
• [Presentation] 剛直なデンドリマーの空間に内包された白金サブナノ粒子触媒の基質形状選択性 (2017)
  • Author(s): 加藤悠登, 神戸徹也, 今岡享稔, 山元公寿
  • Organizer: 第66回高分子討論会
• [Presentation] Monodisperse macromolecular metal complexes: A new pathway to atom-precise clusters (2017)
  • Author(s): Takane Imaoka
  • Organizer: JST&Leibniz Association Workshop Advanced Material Sciences
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Metallo-macrocyclic molecules for precise synthesis of metal clusters at one atom resolution (2017)
  • Author(s): 赤沼友貴, 今岡享稔, 春田直毅, 田旺帝, 山元公寿
  • Organizer: 第66回高分子討論会
• [Presentation] 焼成還元法によるデンドリマーを鋳型としたサブナノクラスター触媒の合成 (2017)
  • Author(s): 郡誠, 今岡享稔, 山元公寿
  • Organizer: 第7回CSJフェスタ
• [Presentation] デンドリマーを鋳型としたビスマスクラスターの精密合成と発光特性 (2017)
  • Author(s): 今岡笙太郎, 神戸徹也, 渡邉藍子, 今岡享稔, 山元公寿
  • Organizer: 第7回CSJフェスタ
• [Presentation] 剛直な樹状高分子に内包された白金サブナノ粒子触媒の基質選択性 (2017)
  • Author(s): 加藤悠登, 神戸徹也, 今岡享稔, 山元公寿
  • Organizer: 第7回CSJフェスタ
• [Presentation] Preparative-scale Synthesis of Atomically-precise Platinum Clusters (2017)
  • Author(s): Takane Imaoka, Kimihisa Yamamoto
  • Organizer: Nano S&T-2017
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Fabrication of Metallodendrimers based on Controlled Metal Assembly (2017)
  • Author(s): Tetsuya Kambe, Takane Imaoka, Kimihisa Yamamoto
  • Organizer: Nano S&T-2017
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 運動エネルギーで駆動される窒素固定反応によるGaNの室温合成 (2017)
  • Author(s): 今岡享稔, 岡田健, 寒川誠二, 山元公寿
  • Organizer: 応用物理学会分科会シリコンナノテクノロジー研究集会
  • Invited
• [Presentation] 環状白金チオラート多核錯体を前駆体としたPtn (n = 5-12) クラスターの精密合成 (2016)
  • Author(s): 赤沼友貴, 今岡享稔, 山元公寿
  • Organizer: 第6回CSJ化学フェスタ
  • Place of Presentation: タワーホール船堀
  • Year and Date: 2016-11-15
• [Presentation] 環状白金チオラート多核錯体を前駆体とした白金クラスターの合成 (2016)
  • Author(s): 赤沼友貴, 今岡享稔, 山元公寿
  • Organizer: 錯体化学会第66回討論会
  • Place of Presentation: 福岡大学 七隈キャンパス
  • Year and Date: 2016-09-10
• [Remarks] 金属サブナノ粒子を分子設計に基づき原子レベルの精度で合成
  • URL: http://www.res.titech.ac.jp/news/reserch/201812yi.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] 10以下の金属原子からなる金属サブナノ粒子触媒の合成法 (2016)
  • Inventor(s): 山元公寿、今岡享稔、石原健太郎、岡安岳史
  • Industrial Property Rights Holder: 山元公寿、今岡享稔、石原健太郎、岡安岳史
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2016-08-24