金属酸化物ソフトクリスタルの精密設計と新展開

• Project Area: Soft Crystals: Science and Photofunctions of Easy-Responsive Systems with Felxibility and Higher-Ordering
• Project/Area Number: 20H04659
• 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: 鈴木 康介 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (40595667)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000); Fiscal Year 2021: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2020: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: 金属酸化物 / ポリオキソメタレート / 触媒 / ナノ材料 / 構造変換 / 磁性 / 光機能

Outline of Research at the Start

金属酸化物は、その組成、構造、電子状態、結合様式などに応じて、その物性が多様に変化する。本研究では、「金属酸化物ソフトクリスタル」のコンセプトをさらに展開し、金属酸化物クラスターの精密合成技術を基盤とした材料設計を行うことにより、様々な刺激に応答して構造や物性が顕著に変化する結晶性金属酸化物材料を創製することを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、金属酸化物クラスターの精密合成技術を基盤とした材料設計を行うことにより、様々な刺激に応答して構造や物性が変化する金属酸化物材料である「金属酸化物ソフトクリスタル」を創製すること目的としている。
研究代表者らはこれまでに金属酸化物ソフトクリスタルの設計に不可欠である金属酸化物クラスターの精密合成法を開発してきたが、複数種の金属を逐次的に配列する合成法においては、合成のステップ数が増えるにつれて検討すべき合成条件（金属種、温度、溶媒、濃度、反応時間等）や結晶化条件が顕著に増加するため、新規構造体を効率的に合成するためには課題があった。今回、自動合成プラットフォームを利用することにより、異種金属を配列した金属酸化物クラスターの液相合成を効率的かつ迅速に行う手法を開発した。特に、本合成法を利用することにより、1分子内に4種類の金属を位置選択的に逐次的に配列した金属酸化物クラスターの合成に成功した。これらの材料が金属配列に依存した単分子磁石特性を示すことを見出し、これまでに開発してきた材料と比較して高い性能を示すことを明らかにした。
また、昨年度に見出した分子状金属酸化物と金属ナノクラスターからなる複合材料の結晶状態での刺激応答性の状態変化において、X線吸収微細構造スペクトルや単結晶X線構造解析等を利用して詳細な解析を行うことにより、外部刺激よる構造と電子状態の変化を明らかにすることに成功した。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] The University of Glasgow(英国)
• [Journal Article] Robotic Stepwise Synthesis of Hetero-Multinuclear Metal Oxo Clusters as Single-Molecule Magnets (2021)
  • Author(s): Minato Takuo、Salley Daniel、Mizuno Noritaka、Yamaguchi Kazuya、Cronin Leroy、Suzuki Kosuke
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 143 Issue: 32 Pages: 12809-12816
  • DOI: 10.1021/jacs.1c06047
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Synthesis of a phosphomolybdate with a tetranuclear vanadium core by installing vanadium atoms in a lacunary template using the protecting group strategy (2021)
  • Author(s): Li Chifeng、Yamaguchi Kazuya、Suzuki Kosuke
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 57 Issue: 64 Pages: 7882-7885
  • DOI: 10.1039/d1cc03099j
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Molecular Hybrid of an Atomically Precise Silver Nanocluster and Polyoxometalates for H ₂ Cleavage into Protons and Electrons (2021)
  • Author(s): Yonesato Kentaro、Yamazoe Seiji、Yokogawa Daisuke、Yamaguchi Kazuya、Suzuki Kosuke
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 60 Issue: 31 Pages: 16994-16998
  • DOI: 10.1002/anie.202106786
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nanostructured Manganese Oxides within a Ring‐Shaped Polyoxometalate Exhibiting Unusual Oxidation Catalysis (2021)
  • Author(s): Sato Kai、Yonesato Kentaro、Yatabe Takafumi、Yamaguchi Kazuya、Suzuki Kosuke
  • Journal Title: Chemistry - A European Journal Volume: 28 Issue: 8
  • DOI: 10.1002/chem.202104051
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A protecting group strategy to access stable lacunary polyoxomolybdates for introducing multinuclear metal clusters (2021)
  • Author(s): Li Chifeng、Jimbo Atsuhiro、Yamaguchi Kazuya、Suzuki Kosuke
  • Journal Title: Chemical Science Volume: 12 Issue: 4 Pages: 1240-1244
  • DOI: 10.1039/d0sc06133f
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Ligand‐Directed Approach in Polyoxometalate Synthesis: Formation of a New Divacant Lacunary Polyoxomolybdate [γ‐PMo10O36]7- (2021)
  • Author(s): Li Chifeng、Yamaguchi Kazuya、Suzuki Kosuke
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 60 Issue: 13 Pages: 6960-6964
  • DOI: 10.1002/anie.202016642
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Selectivity switch in the aerobic oxygenation of sulfides photocatalysed by visible-light-responsive decavanadate (2020)
  • Author(s): Li Chifeng、Mizuno Noritaka、Murata Kei、Ishii Kazuyuki、Suenobu Tomoyoshi、Yamaguchi Kazuya、Suzuki Kosuke
  • Journal Title: Green Chemistry Volume: Early View Issue: 12 Pages: 3896-3905
  • DOI: 10.1039/d0gc01500h
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 新規ケギン型二欠損ポリオキソモリブデート[γ-PMo10O36]7－の合成と無機-有機ハイブリッド合成への利用 (2021)
  • Author(s): 李 赤峰, 鈴木 康介, 山口 和也
  • Organizer: 日本化学会第101春季年会
• [Presentation] Visible-Light-Induced Selectivity Switchable Aerobic Oxygenation of Sulfides by a Decavanadate Photocatalyst (2020)
  • Author(s): Chifeng Li, Noritaka Mizuno, Kosuke Suzuki, Kazuya Yamaguchi
  • Organizer: 錯体化学会第70回討論会
• [Presentation] 三欠損Keggin型ポリオキソモリブデートを用いたマンガン多核構造の合成 (2020)
  • Author(s): 神保 篤弘, 李 赤峰, 鈴木 康介, 山口 和也
  • Organizer: 錯体化学会第70回討論会