International and Interdisciplinary Research in Chemistry between Spatiotemporal Pattern Formation and Molecular Chirality

• Project/Area Number: 20KK0122
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 34:Inorganic/coordination chemistry, analytical chemistry, and related fields
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 深見 一弘 京都大学, 工学研究科, 准教授 (60452322)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡崎 豊 京都大学, エネルギー科学研究科, 助教 (20794465) ; 松本 歩 兵庫県立大学, 工学研究科, 助教 (30781322)
• Project Period (FY): 2020-10-27 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000); Fiscal Year 2023: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2022: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2021: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2020: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: キラリティ / 自己組織化 / 時空間パターン形成 / らせん / 電気化学 / 時空間パターン / シリコン / 分子認識 / 円偏光

Outline of Research at the Start

Ptナノ粒子を担持したSiをフッ酸と過酸化水素を含むエッチング液に浸漬すると、らせん状ナノポアが自己組織化により形成する。我々は、この現象が動的自己組織化による非線形現象の一つであることを明らかにしてきた。この自己組織化構造のキラルな特性を理解し、利用するためには、時空間パターン形成（動的自己組織化の）化学とキラル分子化学の新たな境界領域研究を深化させる必要がある。時空間パターン形成化学を得意とする国内グループと、キラル分子化学の卓越した研究者が集うボルドー大学との国際連携・融合研究により、時空間パターン形成を起源とした新たなキラル化学の創出を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本年度は金属ナノヘリックスの作製方法の一つとして、自己組織化シリカヘリックスをテンプレートとする方法の開拓を進めた。16-2-16カチオン性界面活性剤と酒石酸がナノヘリカル状に自己組織化し、これをゾルゲル法によってシリカコーティングすることでシリカヘリックスのテンプレートを得た。このシリカヘリックス内部の酒石酸アニオンを[AuCl4]2-イオンで交換することで前駆体を導入し、還元剤を用いた化学還元によってAuナノヘリックスの作製に成功した。得られたAuナノヘリックスの光学特性を評価し、シミュレーションによる再現も行った。また、同時に複数種類の金属錯アニオン（[AuCl4]2-と[PdCl4]2-）を前駆体としてシリカヘリックス内部へ導入することに成功し、それを化学還元することによってAu-Pd合金からなるナノヘリックスの作製が可能であることを実証した。合金ナノヘリックスの場合、イオン交換に用いた水溶液の金属イオン比率を反映した合金は得られず、合金組成が目標からずれてしまう傾向がみられた。この原因をイオン交換後の前駆体の導入料の差にあることも明らかにした。ナノヘリックス作製の研究と並行して、新たな国際共同研究として発光寿命が異なる２種類の直線偏光発光（LPL）フィルムと位相差フィルムを積層した「多層型発光式円偏光コンバータ」を作製し、パルス励起光の照射で生成される円偏光スペクトルの時間変化を検出することにより、時間多重化された円偏光情報の読み出しに成功した。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Bordeaux/CNRS(フランス)
• [Int'l Joint Research] University of Bordeaux/CNRS(フランス)
• [Int'l Joint Research] University of Bordeaux/CNRS(フランス)
• [Int'l Joint Research] University of Bordeaux(フランス)
• [Journal Article] Generation of time-multiplexed chiroptical information from multilayer-type luminescence-based circular polarization conversion films (2024)
  • Author(s): Okazaki Yutaka、Shimizu Hayaki、Nakamura Kaito、Yoshida Kyohei、Raffy Guillaume、Kimura Misaki、Tsukamoto Keita、Akasegawa Rei、Hachiya Kan、Takafuji Makoto、Del Guerzo Andr?、Sagawa Takashi
  • Journal Title: Materials Advances Volume: 5 Issue: 6 Pages: 2253-2259
  • DOI: 10.1039/d3ma00648d
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Two-Dimensionally Grown Periodic Pores Formed by Anodization of p-Type Silicon in Concentrated NH4F Aqueous Solution: A Platform for Maskless Patterning of Metals by Electrodeposition (2023)
  • Author(s): Yasuda Takumi、Murase Kuniaki、Fukami Kazuhiro
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry C Volume: 127 Issue: 16 Pages: 7860-7869
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.3c00645
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Metal-Assisted Etching of n-Type and p-Type Silicon Using Patterned Platinum Films: Spatial Distribution of Mesoporous Layer and Open Circuit Potential of Silicon (2023)
  • Author(s): Matsumoto Ayumu、Nishinaka Rin、Shimada Yuki、Furukawa Kyohei、Azuma Kyohei、Yae Shinji
  • Journal Title: Journal of The Electrochemical Society Volume: 170 Issue: 5 Pages: 052505-052505
  • DOI: 10.1149/1945-7111/acd359
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Production of Noble-Metal Nanohelices Based on Nonlinear Dynamics in Electrodeposition of Binary Copper Alloys (2023)
  • Author(s): Nakata Masahiro、Yasuda Takumi、Miyamoto Masayuki、Kitada Atsushi、Okazaki Yutaka、Oda Reiko、Murase Kuniaki、Fukami Kazuhiro
  • Journal Title: Nano Letters Volume: 23 Issue: 2 Pages: 462-468
  • DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c03512
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Luminescence-based circular polarization convertors: polarization conversion of linearly polarized photoluminescence from one-dimensionally aligned quantum rods using retardation films (2023)
  • Author(s): Okazaki Yutaka、Kimura Misaki、Hachiya Kan、Sagawa Takashi
  • Journal Title: Journal of Materials Chemistry C Volume: 11 Issue: 3 Pages: 935-942
  • DOI: 10.1039/d2tc03955a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Composite Porous Structure Formation by Platinum-Particle-Assisted Etching of a Highly-Doped p-Type Silicon: Evaluation of Charge Flow in Silicon (2022)
  • Author(s): Matsumoto Ayumu、Azuma Kyohei、Furukawa Kyohei、Nishinaka Rin、Yae Shinji
  • Journal Title: Journal of The Electrochemical Society Volume: 169 Issue: 10 Pages: 102508-102508
  • DOI: 10.1149/1945-7111/ac9931
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Electrochemical Investigation of the Effect of Hydrogen Peroxide Concentration on Platinum-Particle-Assisted Etching of p-Type Silicon in a Hydrofluoric Acid Solution (2021)
  • Author(s): Matsumoto Ayumu、Furukawa Kyohei、Majima Shun、Iwamoto Keishi、Yae Shinji
  • Journal Title: Journal of The Electrochemical Society Volume: 168 Issue: 11 Pages: 112504-112504
  • DOI: 10.1149/1945-7111/ac330e
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Unexpected downstream mode of spatiotemporal rotating waves found in the model of H2O2 reduction on a platinum ring-shaped electrode under mild convection (2021)
  • Author(s): Takumi Yasuda, Masahiro Nakata, Masayuki Miyamoto, Atsushi Kitada, Kuniaki Murase, Kazuhiro Fukami
  • Journal Title: J. Phys. Chem. C Volume: 125 Issue: 13 Pages: 7240-7250
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.1c01013
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 多孔質シリコンを用いた液体レーザー誘起ブレークダウン分光分析 (2024)
  • Author(s): 松本 歩, 島津佑輔, 八重真治
  • Organizer: レーザー学会学術講演会第44回年次大会
  • Invited
• [Presentation] シリコンの金属援用エッチングで形成される多孔質構造 ―メソポーラス層形成と全面腐食― (2024)
  • Author(s): 八重真治, 東 恭平, 西中 凜, 橋口達希, 松本 歩, 福室直樹
  • Organizer: 表面技術協会第149回講演大会
• [Presentation] 金属援用エッチングにより形成される多孔質シリコンの透過電子顕微鏡観察 (2024)
  • Author(s): 森 大樹, 東 恭平, 福室直樹, 松本 歩, 八重真治
  • Organizer: 表面技術協会第149回講演大会
• [Presentation] 金属援用エッチングによるマイクロ・ナノ複合多孔質構造の形成 (2024)
  • Author(s): 八重真治, 松本 歩
  • Organizer: 電気化学会第91回大会
  • Invited
• [Presentation] 白金および銀の薄膜パターンを用いたp型シリコンの金属援用エッチング (2024)
  • Author(s): 仲山拓真, 西中 凜, 東 恭平, 橋口達希, 松本 歩, 八重真治
  • Organizer: 電気化学会第91回大会
• [Presentation] Nanohelical Au-Pd alloys formed by the electroless deposition of metal ions confined in a chiral silica nanocavity (2023)
  • Author(s): Seiichiro Masui, Masahiro Nakaya, Yuki Murakami, Kuniaki Murase,Yutaka Okazaki, Reiko Oda, Kazuhiro Fukami
  • Organizer: International Conference on Surface Engineering 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Nanohelical Au-Pd alloys formed by the reduction of metal ions confined in a chiral silica nanocavity (2023)
  • Author(s): Seiichiro Masui, Masahiro Nakaya, Yuki Murakami, Kuniaki Murase,Yutaka Okazaki, Reiko Oda, Kazuhiro Fukami
  • Organizer: MRM2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] elical Nanocrystals Growth Inside Helical Hollow Silica Nanoribbons (2023)
  • Author(s): W. Yospania, Y. Okazaki, E. Pouget, S. Nlate, K. Fukami, T. Sagawa, R. Oda
  • Organizer: MRM2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Influence of Reduction Rate on Morphologies of Noble Metal Nanostructures Deposited in a chiral Silica Nanocavity (2023)
  • Author(s): M. Nakaya, Y. Okazaki, K. Murase, R. Oda, K. Fukami
  • Organizer: MRM2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Unusual polarization conversion phenomenon caused by alignment control of dipole moments in uniaxially-stretched photoluminescent film (2023)
  • Author(s): K. Nakamura, Y. Okazaki, G. Raffy, A. Del Guerzo, K. Hachiya, T. Sagawa
  • Organizer: 3rd Nucleation and Growth Research Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Generation of high purity circularly polarized light and multiplexing of chiroptical information by luminescence-based CP conversion film (2023)
  • Author(s): 岡﨑豊，清水快樹，仲村快太，吉田恭平，Guillaume Raffy，蜂谷寛，高藤誠，Andre Del Guelzo，佐川尚
  • Organizer: 第72回高分子討論会
• [Presentation] 発光式円偏光コンバージョンフィルムによる高純度円偏光の生成とキラル光学情報の多重化 (2023)
  • Author(s): 岡﨑豊，清水快樹，仲村快太，吉田恭平，Guillaume Raffy，蜂谷寛，高藤誠，Andre Del Guelzo，佐川尚
  • Organizer: 第84回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 延伸フィルム内部における発光性ポリマーの会合体形成挙動および直線偏光特性の評価 (2023)
  • Author(s): 仲村快太，岡﨑 豊，Guillaume Raffy，Andre Del Guerzo，蜂谷 寛，佐川 尚
  • Organizer: 第84回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] キラルな光情報の時間多重化のための多層型発光式円偏光コンバージョンフィルムの開発 (2023)
  • Author(s): 清水快樹，岡﨑 豊，Guillaume Raffy，Andre Del Guerzo，蜂谷 寛，佐川 尚
  • Organizer: 第69回高分子研究発表会
• [Presentation] 発光性ポリマー含有延伸フィルム中の不均一系秩序構造制御と偏光発光特性の評価 (2023)
  • Author(s): 仲村快太，岡﨑 豊，Guillaume Raffy，Andre Del Guerzo，蜂谷 寛，佐川 尚
  • Organizer: 第69回高分子研究発表会
• [Presentation] シリコンの金属援用エッチングにおける全面腐食と電極電位の関係 (2023)
  • Author(s): 橋口達希, 東 恭平, 西中 凜, 仲山拓真, 松本 歩, 八重真治
  • Organizer: 第38回ARS姫路コンファレンス
• [Presentation] 白金薄膜パターンを用いたシリコンの金属援用エッチング ―p-Siにおけるメソポーラス層の形成挙動― (2023)
  • Author(s): 西中 凜, 東 恭平, 橋口逹希, 仲山拓真, 松本 歩, 八重真治 白金薄膜パターンを用いたシリコンの金属援用エッチング ―p-Siにおけるメソポーラス層の形成挙動―
  • Organizer: 第38回ARS姫路コンファレンス
• [Presentation] 薄膜パターンを用いたシリコンの金属援用エッチング ―白金と銀のエッチング挙動の違い― (2023)
  • Author(s): 仲山拓真, 西中 凜, 東 恭平, 橋口達希, 松本 歩, 八重真治
  • Organizer: 第38回ARS姫路コンファレンス
• [Presentation] Formation of porous silicon by metal-nanoparticle-assisted etching and application to laser-induced breakdown spectroscopy (2023)
  • Author(s): 松本 歩, 八重真治
  • Organizer: ナノ学会 ナノ構造・物性－ナノ機能・応用部会 合同シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 低抵抗シリコンの金属援用エッチングによるメソポーラス層の形成 (2023)
  • Author(s): 東 恭平, 西中 凜, 橋口達希, 松本 歩, 八重真治
  • Organizer: 表面技術協会第147回講演大会
• [Presentation] 触媒薄膜パターンを用いたn型およびp型シリコンの金属援用エッチング ―メソポーラス層の分布の違い― (2023)
  • Author(s): 西中 凜, 東 恭平, 橋口逹希, 松本 歩, 八重真治
  • Organizer: 電気化学会第90回大会
• [Presentation] 金および銀ナノ粒子を用いたシリコンの金属援用エッチングにおける全面腐食の評価 (2022)
  • Author(s): 橋口達希, 東 恭平, 西中 凜, 松本 歩, 八重真治
  • Organizer: 第37回ARS三河コンファレンス
• [Presentation] 白金微粒子を用いた低抵抗シリコンの金属援用エッチング (2022)
  • Author(s): 東 恭平, 西中 凜, 橋口達希, 松本 歩, 八重真治
  • Organizer: 第37回ARS三河コンファレンス
• [Presentation] 白金薄膜パターンを用いたn型およびp型シリコンの金属援用エッチング (2022)
  • Author(s): 西中 凜, 東 恭平, 橋口達希, 松本 歩, 八重真治
  • Organizer: 第37回ARS三河コンファレンス
• [Presentation] Multilayer-type luminescence-based circular polarization converter for time-multiplexing optical information (2022)
  • Author(s): H. Shimizu, Y. Okazaki, K. Hachiya, T. Sagawa
  • Organizer: 2022 Kyoto-Ajou-Zhejiang joint symposium on Energy Science
• [Presentation] 円偏光純度と明るさを両立させる円偏光コンバータの開発 (2022)
  • Author(s): 岡﨑豊
  • Organizer: JST新技術説明会
  • Invited
• [Presentation] One-Dimensionally Aligned Quantum Rods for Generation of Highly-Pure Circularly Polarized Light with High Light Intensity (2022)
  • Author(s): Y. Okazaki, M. Kimura, T. Sagawa
  • Organizer: 241st ECS Meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 多層型発光性円偏光コンバータによる光情報の多重化および時間分解分光法による読み出し (2022)
  • Author(s): 清水快樹，岡﨑豊，蜂谷寛，佐川尚
  • Organizer: 応用物理学会関西支部2022年度創設75周年記念講演会
• [Presentation] 汎用蛍光分子の一軸配向に基づく発光型円偏光コンバータの作製と評価 (2022)
  • Author(s): 赤瀬川怜，岡﨑豊，塚本桂大，蜂谷寛，佐川尚
  • Organizer: 第68回高分子研究発表会
• [Presentation] Pd-Cu 合金電析における時空間パターンのナノ空間閉じ込めによるPdナノヘリックスの自己組織化 (2022)
  • Author(s): 中田昌宏，安田拓海，宮本真之，北田 敦，岡崎豊，Reiko Oda，邑瀬邦明，深見一弘
  • Organizer: 2022電気化学秋季大会
• [Presentation] らせん状ナノ空間での湿式還元で得られる金ナノ構造体の形状制御と光学特性評価 (2022)
  • Author(s): 中谷真大，Simon Poly, Zakaria Anfar, 岡﨑豊, Walid Baaziz, Yann Battie, Emilie Pouget, Ovidiu Ersen, 邑瀬邦明, 深見一弘, 小田玲子
  • Organizer: 2022電気化学秋季大会
• [Presentation] 陽極酸化電析を駆使した材料表面の微細加工 (2022)
  • Author(s): 深見一弘
  • Organizer: 令和4年度 第1回表面物性研究会
  • Invited
• [Presentation] シリコンの抵抗率による金属援用エッチング挙動の違い (2022)
  • Author(s): 東 恭平, 古川恭平, 西中 凜, 松本 歩, 八重真治
  • Organizer: 2022年電気化学会第89回大会
• [Presentation] シリコンの導電型による金属援用エッチング挙動の違い (2022)
  • Author(s): 西中 凜, 古川恭平, 東 恭平, 松本 歩, 八重真治
  • Organizer: 2022年電気化学会第89回大会
• [Presentation] NH4F浴を用いたSiの陽極酸化における二次元パターンの自己組織化形成 (2021)
  • Author(s): 安田拓海，中田昌宏，北田敦，邑瀬邦明，深見一弘
  • Organizer: ARS2021研究発表会
• [Presentation] Fabrication of Noble Metals Nanohelices by Using Nanoconfinement of Spatiotemporal Pattern Formation during Electrodeposition (2021)
  • Author(s): Masahiro Nakata, Takumi Yasuda, Atsushi Kitada, Kuniaki Murase, Kazuhiro Fukami
  • Organizer: MATERIALS RESEARCH MEETING 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Nonlinearity in the Mode Determination of the Chiral Spatiotemporal Pattern Observed in the H2O2 Reduction (2021)
  • Author(s): Takumi Yasuda, Masahiro Nakata, Masayuki Miyamoto, Atsushi Kitada, Kuniaki Murase, Kazuhiro Fukami
  • Organizer: MATERIALS RESEARCH MEETING 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effect of Convection on Chirality of Spatiotemporal Patterns Observed in the Reduction of Hydrogen Peroxide (2021)
  • Author(s): Takumi Yasuda, Masahiro Nakata, Masayuki Miyamoto, Atsushi Kitada, Kuniaki Murase, Kazuhiro Fukami
  • Organizer: 239th ECS meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Helical nanostructure formation by nanoconfinement of spatiotemporal patterns in electrochemical reactions (2021)
  • Author(s): Kazuhiro Fukami, Takumi Yasuda, Masahiro Nakata, Yuki Maeda, Atsushi Kitada, Kuniaki Murase
  • Organizer: 239th ECS meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Chiroptical Properties of Gold Nanostructures Synthesized in the Nanocavity of Helical Silica (2021)
  • Author(s): Simon Poly, ○Masahiro Nakaya, Yutaka Okazaki, Yann Battie, Ovidiu Ersen, Walid Baaziz, Emilie Pouget, Kuniaki Murase, Kazuhiro Fukami, Reiko Oda
  • Organizer: Chiroptical Properties of Gold Nanostructures Synthesized in the Nanocavity of Helical Silica
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 直線偏光発光からの偏光変換による高純度円偏光の生成 (2021)
  • Author(s): 岡崎 豊
  • Organizer: The 9th IROAST Symposium on Nano-organics and Nano-hybrids
  • Invited
• [Presentation] Helical nanostructure formation in electrochemical reactions achieved by confinement of spatiotemporal patterns in nanoscale environments (2021)
  • Author(s): Kazuhiro Fukami
  • Organizer: International Society of Electrochemistry 2021 Annual meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 白金薄膜パターンを用いたシリコンの金属援用エッチング ―n-Siとp-Siの違い― (2021)
  • Author(s): 西中 凜, 古川恭平, 東 恭平, 八重真治
  • Organizer: ARS2021研究発表会
• [Presentation] シリコンの金属援用エッチングにより形成されるメソポーラス層 ―基板の抵抗率による違い― (2021)
  • Author(s): 東 恭平, 古川恭平, 西中 凛, 松本 歩, 八重真治
  • Organizer: ARS2021研究発表会
• [Presentation] Self-organized production of helical nanostructures in electrochemical reactions achieved by nanoconfinement of spatiotemporal patterns (2021)
  • Author(s): Kazuhiro Fukami
  • Organizer: 86th SCEJ International Symposium, The Leading Edge Technology of Material Structure Control for Functional Expression
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Pt触媒Siエッチングにおける時空間パターン形成がもたらすヘリカルポアの自己組織化 (2021)
  • Author(s): 安田拓海，前田有輝，松崎健太，岡崎 豊，小田玲子，北田 敦，邑瀬邦明，深見一弘
  • Organizer: 電気化学会第88回大会
• [Presentation] 電析時空間パターンのナノ空間閉じ込めによる金属ナノヘリックスの自己組織化 (2020)
  • Author(s): 中田昌宏，安田拓海，前田有輝，北田 敦，邑瀬邦明，深見一弘
  • Organizer: 2020年度第3回関西電気化学研究会
• [Remarks] 深見一弘 Publication list
  • URL: http://www.echem.mtl.kyoto-u.ac.jp/fukami-list1r.html
• [Remarks] 京都大学 大学院工学研究科 材料工学専攻 材質制御学分野 website
  • URL: http://www.echem.mtl.kyoto-u.ac.jp/index_fukami.html