Mechanistic Study on Formation of High-order Coordination Structures by Atomic-resolution Microscopic Movies

• Project Area: Coordination Asymmetry: Design of Asymmetric Coordination Sphere and Anisotropic Assembly for the Creation of Functional Molecules
• Project/Area Number: 17H05355
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 原野 幸治 東京大学, 総括プロジェクト機構, 特任准教授 (70451515)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2018: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2017: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: 電子顕微鏡 / 金属錯体 / ナノ粒子 / ナノシート / 自己集合 / 単分子観察 / 金属有機構造体

Outline of Annual Research Achievements

高分解能電子顕微鏡を用いて，配位化学を基盤とした高分子構造過程の機構解明について推進した．本年度は新学術研究領域内外の共同研究を中心に，種々の材料についての形成過程機構の研究を行った．
１．ピラジン含有グラフィジインナノシートの構造解析：界面合成法により合成された，金属配位部位としてピラジン部位を有するグラフィジインナノシートについて，原子分解能透過電子顕微鏡を用いた構造解析を行った．１００マイクロメートルサイズのナノシートについてマイクログリッドに担持して構造解析を行った結果，アモルファス構造であることが明らかとなった．これはX線回折などの結果と一致しており，非対称構造をもつモノマーに由来して非周期性の構造が優位に形成することが示された．なお，本成果は東京大学の坂本良太博士をはじめとする共同研究者との研究成果である．
２．ペプチド銀錯体の焼結によるナノ構造形成機構の解明：金属配位部位をもつペプチドと銀（I）イオンからなるマイクロメートルサイズの球状微結晶の焼結による階層的銀ナノ構造の形成機構について，原子分解能透過電子顕微鏡および高分解能低着地電圧走査電子顕微鏡を用いて精査した．焼結過程の途中においてナノサイズの銀粒子が錯体結晶の表面に徐々に生成し，最終的に結晶表面を覆いつくすことを明らかにした．なお，本成果はお茶の水女子大学の三宅亮介博士をはじめとする共同研究者との研究成果である．

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Preparation of Hierarchically Assembled Silver Nanostructures based on the Morphologies of Crystalline Peptide‐Silver(I) Complexes (2019)
  • Author(s): Miyake Ryosuke、Nitanai Yukari、Nakagawa Yuki、Xing Junfei、Harano Koji、Nakamura Eiichi、Okabayashi Jun、Minamikawa Takeo、Uruma Keirei、Kanaizuka Katsuhiko、Kurihara Masato
  • Journal Title: ChemPlusChem Volume: 84 Issue: 3 Pages: 295-301
  • DOI: 10.1002/cplu.201800666
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A pyrazine-incorporated graphdiyne nanofilm as a metal-free electrocatalyst for the hydrogen evolution reaction (2018)
  • Author(s): Sakamoto Ryota、Shiotsuki Ryo、Wada Keisuke、Fukui Naoya、Maeda Hiroaki、Komeda Joe、Sekine Ryosuke、Harano Koji、Nishihara Hiroshi
  • Journal Title: Journal of Materials Chemistry A Volume: 6 Issue: 44 Pages: 22189-22194
  • DOI: 10.1039/c8ta07347c
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Acid-Responsive Conductive Nanofiber of Tetrabenzoporphyrin Made by Solution Processing (2018)
  • Author(s): Zhen Yonggang、Inoue Kento、Wang Zongrui、Kusamoto Tetsuro、Nakabayashi Koji、Ohkoshi Shin-ichi、Hu Wenping、Guo Yunlong、Harano Koji、Nakamura Eiichi
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 140 Issue: 1 Pages: 62-65
  • DOI: 10.1021/jacs.7b10575
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Flexibility of Components Alters the Self-assembly Pathway of Pd2L4 Coordination Cages (2018)
  • Author(s): S. Kai, S. P. Maddala, T. Kojima, S. Akagi, K. Harano, E. Nakamura, S. Hiraoka,
  • Journal Title: Dalton Transactions Volume: 47 Issue: 10 Pages: 3258-3263
  • DOI: 10.1039/c8dt00112j
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Experimental study on interconversion between cubic MOF-5 and square MOF-2 arrays (2017)
  • Author(s): Schweighauser Luca、Harano Koji、Nakamura Eiichi
  • Journal Title: Inorganic Chemistry Communications Volume: 84 Pages: 1-4
  • DOI: 10.1016/j.inoche.2017.07.009
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Bis(dipyrrinato)zinc(II) Complex Chiroptical Wires: Exfoliation into Single Strands and Intensification of Circularly Polarized Luminescence (2017)
  • Author(s): Aoki Risa、Toyoda Ryojun、Koegel Julius F.、Sakamoto Ryota、Kumar Jatish、Kitagawa Yasutaka、Harano Koji、Kawai Tsuyoshi、Nishihara Hiroshi
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 139 Issue: 45 Pages: 16024-16027
  • DOI: 10.1021/jacs.7b07077
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Structure Determination of Three-Dimensional Metal Complexes by Quantitative Analysis of Transmission Electron Microscopic Movie (2019)
  • Author(s): Junfei Xing, Koji Harano, Eiichi Nakamura
  • Organizer: 日本化学会第99春季年会
• [Presentation] 原子分解能電子顕微鏡が切り拓く有機化学・分子集合体科学の新境地 (2018)
  • Author(s): 原野幸治
  • Organizer: 九州大学ナノテクプラットフォームセミナー
  • Invited
• [Presentation] 原子分解能顕微鏡動画撮影による高次配位構造の形成機序研究 (2018)
  • Author(s): 原野幸治
  • Organizer: 新学術領域研究「配位アシンメトリ」第３回領域会議
• [Presentation] Study on Formation Processes of Metal-Organic Frameworks by Atomic-Resolution Transmission Electron Microscopy (2018)
  • Author(s): Junfei Xing, Luca Schweighauser, Satoshi Okada, Akihito Kumamoto, Naoya Shibata, Koji Harano, Eiichi Nakamura
  • Organizer: The China-Japan Workshop for Innovations in Molecular Science and Technology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] テトラベンゾポルフィリンの酸溶液から自発的に結晶成長する導電性ナノファイバー (2018)
  • Author(s): Yonggang Zhen・井上健仁・Zongrui Wang・草本哲郎・中林耕二・大越慎一・Wenping Hu・Yunlong Guo・原野幸治・中村栄一
  • Organizer: 第27回有機結晶シンポジウム
• [Presentation] 原子分解能電子顕微鏡によるMOF形成中間体の構造解析 (2018)
  • Author(s): 原野幸治
  • Organizer: 新学術領域研究「配位アシンメトリ」第４回領域会議
• [Presentation] Atomic-Resolution Electron Microscopic Study on Formation Pathways of Metal-Organic Frameworks (2018)
  • Author(s): Koji Harano, Luca Schweighauser, Junfei Xing, Akihito Kumamoto, Naoya Shibata, Eiichi Nakamura
  • Organizer: The 6th International Symposium on Dynamical Ordering of Biomolecular Systems for Creation of Integrated Functions
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Atomic-resolution Microscopic Study of Germinating Knot/linker Assembly in Metal-organic Framework Formation (2018)
  • Author(s): Junfei Xing, Luca Schweighauser, Satoshi Okada, Akihito Kumamoto, Naoya Shibata, Koji Harano, Eiichi Nakamura
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] The New Frontiers of Organic and Supramolecular Chemistry Explored by High-resolution Electron Microscopy (2017)
  • Author(s): Koji Harano
  • Organizer: Intergroup Seminar
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] The New Frontiers of Organic and Supramolecular Chemistry Explored by High-resolution Electron Microscopy (2017)
  • Author(s): Koji Harano
  • Organizer: Department Lecture
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Atomic-Resolution Electron Microscopic Study on Early Stage Organization of Metal-Organic Frameworks (2017)
  • Author(s): Koji Harano, Luca Schweighauser, Junfei Xing, Satoshi Okada, Akihito Kumamoto, Naoya Shibata, Eiichi Nakamura
  • Organizer: Gordon Research Conference: Self-Assembly & Supramolecular Chemistry
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 原子分解能顕微鏡動画撮影による 高次配位構造の形成機序研究 (2017)
  • Author(s): 原野幸治
  • Organizer: 新学術領域研究「配位アシンメトリ」第１回領域会議
• [Presentation] Functional Hybrid Vesicles Made of [60]Fullerene Amphiphiles (2017)
  • Author(s): Koji Harano
  • Organizer: Japan-China Joint Interdisciplinary Symposium on Coordination-based Hybrid Materials
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 原子分解能電子顕微鏡で分子が動く，集まる，反応する様子をとらえる (2017)
  • Author(s): 原野幸治
  • Organizer: 統合物質創製化学研究推進機構 第１回若手の会
  • Invited
• [Presentation] 分子科学研究のための原子分解能顕微鏡動画撮影技術 (2017)
  • Author(s): 原野幸治
  • Organizer: AIKOC-1
  • Invited
• [Presentation] 炭素材料の構造有機化学と超分子化学が支える単分子電子顕微鏡動画撮影技術 (2017)
  • Author(s): 原野幸治
  • Organizer: 構造有機化学若手研究者・研究会2017
• [Presentation] 原子分解能電子顕微鏡で明らかにする動的分子科学 (2017)
  • Author(s): 原野幸治
  • Organizer: 第５回バイオ関連化学シンポジウム若手フォーラム
  • Invited
• [Presentation] 有機分子の結晶化を観察できるメガネ!_電子顕微鏡の最前線_ (2017)
  • Author(s): 原野幸治
  • Organizer: 第7回CSJ化学フェスタ
  • Invited
• [Presentation] Atomic-Resolution Electron Microscopic Study on Formation Pathways of Metal-Organic Frameworks (2017)
  • Author(s): Koji Harano, Luca Schweighauser, Junfei Xing, Akihito Kumamoto, Naoya Shibata, Eiichi Nakamura
  • Organizer: The 17th Tateshina Conference on Organic Chemistry
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 分子科学研究ツールとしての実時間原子分解能電子顕微鏡イメージング (2017)
  • Author(s): 原野幸治
  • Organizer: 日本顕微鏡学会「その場観察研究部会」第２回研究会
  • Invited
• [Presentation] 分子科学研究ツールとしての原子分解能電子顕微鏡 (2017)
  • Author(s): 原野幸治
  • Organizer: 第5回錯体化学若手の会九州・沖縄支部勉強会
  • Invited
• [Remarks] 革新分子技術総括寄付講座
  • URL: http://www.chem.s.u-tokyo.ac.jp/users/common/NakamuraLab.html
• [Remarks] 東京大学総括プロジェクト機構「革新分子技術」総括寄付講座ウェブサイト
  • URL: http://www.chem.s.u-tokyo.ac.jp/~common/NakamuraLab.html