• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2019 Fiscal Year Research-status Report

Creation of Porous Magnet Realizing Concerted Responses between Gas Adsorption and Magnetic Phase Transition

Research Project

Project/Area Number 18K05055
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

高坂 亘  東北大学, 金属材料研究所, 助教 (70620201)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords多孔性配位高分子 / 多孔性磁石 / ガス応答 / 磁性変換 / 層状磁性体 / 分子磁性体 / 集積型金属錯体 / 二酸化炭素
Outline of Annual Research Achievements

可逆な酸化還元能を持つ水車型二核錯体([Ru2])を電子ドナー(D)とし,TCNQを電子アクセプター(A)兼架橋配位子として用いることにより,D2A型の組成を持つ二次元層状配位高分子磁石を多数合成し,その磁気特性やガス吸着特性について検討を行った.以下,顕著な特性が見られた化合物の概要を示す.
{[Ru2(2,4,6-F3PhCO2)4]2[TCNQ(OEt)2]}は,合成直後の結晶溶媒を包含した状態(溶媒和相)と,脱溶媒相において,どちらも2つある[Ru2]ユニットの一方からTCNQ(OEt)2へと電荷移動が起きラジカル状態が生じた“1電子移動イオン性状態”をとっており,溶媒和相は磁気相転移温度88 K,脱溶媒後は110 Kのフェリ磁性体であった.脱溶媒相は,窒素, 二酸化炭素,酸素に対する吸着能を示した.窒素吸着下では磁気相転移温度にほとんど変化は見られなかった一方,酸素吸着下では磁気相転移温度が88Kへと低下した.二酸化炭素に対しては,二段階のゲート型吸着挙動を示した.CO2下での単結晶構造解析結果より,CO2の圧力に応じて結晶構造が段階的に変化していることが分かった.低圧CO2吸着相の構造は溶媒和相と類似しており,電子状態も等しく,磁気相転移温度は88Kであった.一方,高圧CO2吸着相では格子の電子状態がTCNQラジカルから[Ru2]への電子移動により中性状態へと変化し,ラジカルの消失により格子全体の長距離磁気秩序が消失した.DFT計算による検討の結果,吸着されたCO2分子が,格子中の[Ru2]とTCNQの電子状態に影響を与え,中性状態を安定化することが示唆された.本成果は,身の回りのありふれたガスの一つであり,しかも非常に活性の低いガス,CO2の吸脱着により磁石のON・OFF制御を実現したものであり,ガス応答性材料として新たな方向性を示す結果だと言える.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

昨年度に続き,研究の最大の目標の一つ,「ガス吸脱着による巨大磁化応答の可逆制御」を,昨年度とは別の機構により実現しうることを実証した.昨年度が「酸素ガスの持つ電子スピンが媒介する磁気相互作用による磁気秩序スイッチ」であるとすれば,今年度の発見は「ガスと格子の電子的相互作用が誘起する格子の電子状態変化に基づく磁気秩序スイッチ」だと言える.ガスと骨格の相互作用は,当初想定していた以上にバリエーションに富んでおり,ゲストの個性を反映し,骨格の物性に影響を与えるようである.
昨年度は,ゲスト溶媒分子と骨格の間に働く水素結合の影響についてDFT計算計算による評価を行ったが,本年度は,吸着ガス分子と格子の間に働く電子的相互作用の影響についてもDFT計算による評価が実験結果とよく対応することが分かり,量子科学計算の重要性を改めて認識させられることとなった.昨年度までに整えてきたガス吸着下での各種構造・物性・分光測定環境の充実により,様々な側面からのデータ収集が効率的に行えるようになり,特にガス吸着相の単結晶構造解析による構造決定は,化合物の電子状態の決定において直接的な証拠となるだけでなく,DFT計算へのインプットとしても活用され,前述の通り理論的な側面からも大きく貢献してくれた.
以上の点を勘案し,二年度目の進展具合は当初の計画以上であると判断した.

Strategy for Future Research Activity

過去二年間において「ガス応答型多孔性磁石」は他にも見いだされており,今年度も引き続きそれぞれの細部を詰め,論文投稿の水準に仕上げていく.新規現象の開拓としては,「ホスト・ゲスト間電荷移動」,「電子状態の多重安定性」をキーワードとして進めていく.また現在対象としている[Ru2]-TCNQ系以外の物質系も視野にいれて,新規物質開拓を進めていく.特に,層状構造を持つ磁性化合物に着目している.
物質開拓だけでなく,これらの化合物群を,ガス応答性まで含め予測・設計出来るような法則・学理を追究していきたい.昨年度中には,量子科学計算を取り入れることで,一定の成果を上げられており,今年も引き続き積極的に取り組んでいく.また,ガス下での紫外可視吸収スペクトルやラマンスペクトル,磁気円偏光二色性スペクトル(MCD)といった電子分光学的な実験環境の立ち上げを行ったので,本年度はデータの習得に励む.
また,新たな試みとして混合ガス下での磁気測定を行うための測定系立ち上げを行っており,早急に完成へと漕ぎ着けたい.ガスと骨格の相互作用は,吸着ガスの個性を反映し,骨格の物性に影響を与えるため,混合ガスを用いることで,両ゲストのシナジーによる物性の発現を見いだしたいと考えている.

  • Research Products

    (35 results)

All 2020 2019 Other

All Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 6 results) Presentation (26 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 1 results) Book (1 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Molecular motion in the nanospace of MOFs upon gas adsorption investigated by in situ Raman spectroscopy2020

    • Author(s)
      Kusaka Shinpei、Nakajima Yasuaki、Hori Akihiro、Yonezu Akira、Kikushima Kenta、Kosaka Wataru、Ma Yunsheng、Matsuda Ryotaro
    • Journal Title

      Faraday Discussions

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1039/D0FD00002G

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Chameleonic layered metal-organic frameworks with variable charge-ordered states triggered by temperature and guest molecules2020

    • Author(s)
      Chen Jian、Sekine Yoshihiro、Okazawa Atsushi、Sato Hiroyasu、Kosaka Wataru、Miyasaka Hitoshi
    • Journal Title

      Chemical Science

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1039/d0sc00684j

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] CO2-induced spin state switching at room temperature in a monomeric cobalt(II) complex with the porous nature2020

    • Author(s)
      Nakaya Manabu、Kosaka Wataru、Miyasaka Hitoshi、Komatsumaru Yuki、Kawaguchi Shogo、Sugimoto Kunihisa、Zhang Yingjie、Nakamura Masaaki、Lindoy Leonard F.、Hayami Shinya
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1002/anie.202003811

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Host-Guest Hydrogen Bonding Varies the Charge‐State Behavior of Magnetic Sponges2019

    • Author(s)
      Zhang Jun、Kosaka Wataru、Kitagawa Yasutaka、Miyasaka Hitoshi
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 58 Pages: 7351~7356

    • DOI

      10.1002/anie.201902301

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Water-vapor Sensitive Spin-state Switching in an Iron(III) Complex with Nucleobase Pendants Making Flexible Hydrogen-bonded Networks2019

    • Author(s)
      Kagesawa Koichi、Ichikawa Yuki、Iguchi Hiroaki、Breedlove Brian K.、Li Zhaoyang、Yamashita Masahiro、Okazawa Atsushi、Kosaka Wataru、Miyasaka Hitoshi
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 48 Pages: 1221~1224

    • DOI

      10.1246/cl.190532

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Control of Gas Sorption Gate-opening in Solid Solutions of One-dimensional Coordination Polymers2019

    • Author(s)
      Zhang Jun、Kosaka Wataru、Miyasaka Hitoshi
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 48 Pages: 1308~1311

    • DOI

      10.1246/cl.190557

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Stepwise formation of magnetic order in a π-Stacked Pillared Layer Framework2020

    • Author(s)
      H. Nemoto, H. Fukunaga, J. S. Mortensen, W. Kosaka, H. Miyasaka
    • Organizer
      第3回材料科学スピントロニクス拠点国際シンポジウム
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 中性イオン性相転移を示す 新規一次元鎖状高分子における 光誘起電荷移動ダイナミクスII2020

    • Author(s)
      石川 忠彦, 佐野史弥,沖本洋一, 腰原伸也, 杜毅楠,高橋優介,高坂亘,宮坂等
    • Organizer
      物理学会年会
  • [Presentation] Control of the Long-Range Magnetic Ordering via Gas Adsorption in a pi-stacked Pillared Layer Framework2020

    • Author(s)
      W. Kosaka, H. Nemoto, H. Miyasaka
    • Organizer
      The 1st Asian Conference on Molecular Magnetism ACMM2020 Fukuoka
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Temperature- and Guest-Driven Electronic State Modulation in Molecular Magnets2020

    • Author(s)
      Jun Zhang, Wataru Kosaka , Hiroyasu Sato, Hitoshi Miyasaka
    • Organizer
      The 1st Asian Conference on Molecular Magnetism ACMM2020 Fukuoka
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Spin-Sandwiched Layered Frameworks; What would Happen in?2020

    • Author(s)
      H. Nemoto, H. Fukunaga, W. Kosaka, H. Miyasaka
    • Organizer
      The 1st Asian Conference on Molecular Magnetism ACMM2020 Fukuoka
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Flexible tuning of the electronic state by chemical doping in a one- dimensional chain frameworks showing neutral-ionic phase transition2020

    • Author(s)
      Wataru Kosaka, Du Yinan, Hitoshi Miyasaka
    • Organizer
      日本化学会第100春季年会
  • [Presentation] Multi-responsive charge state switching in tetraoxolene-bridged Fe two-dimensional honeycomb layered frameworks2020

    • Author(s)
      Y. Sekine, J. Chen, W. Kosaka, H. Miyasaka
    • Organizer
      日本化学会第100春季年会
  • [Presentation] トランス型コバルトジオキソレン錯体の濃度依存型原子価互変性2020

    • Author(s)
      小西龍之助, 高坂亘、宮坂等、中田明伸、張浩徹、
    • Organizer
      日本化学会第100春季年会
  • [Presentation] トリスセミキノネートCo(III)錯体用いたオリゴエチレングリコキシ鎖修飾原 子価互変異性錯体の合成と性質2020

    • Author(s)
      高橋敏、小西龍之介、千田真弓、高坂亘、宮坂等、中田明伸、張浩徹
    • Organizer
      日本化学会第100春季年会
  • [Presentation] Photoinduced dynamics in coordination polymer crystal exhibiting magnetic neutral-ionic phase transition2020

    • Author(s)
      T. Ishikawa, F. Sano, T. Goto, Y. Okimoto, S. Koshihara, Y. Takahashi, Y. Du, W. Kosaka, and H. Miyasaka
    • Organizer
      PIPT7: Photoinduced Phase Transitions and Cooperative Phenomena
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Reversible Magnetic Phase Control via Intercalating Paramagnetic O2 in a Porous Layered Magnet2019

    • Author(s)
      Jun Zhang, Wataru Kosaka, Hitoshi Miyasaka
    • Organizer
      第137回金属材料研究所講演会
  • [Presentation] Gas-Responsive Porous Magnet Distinguishes the Electron Spin of Molecular Oxygen2019

    • Author(s)
      Wataru Kosaka, Jun Zhang, and Hitoshi Miyasaka
    • Organizer
      Japan Adsorption 2019
  • [Presentation] アルキル鎖間相互作用による原子価互変異性体の遠隔制御2019

    • Author(s)
      越阪部佑佳、小西龍之助、村山千明、高坂亘、宮坂等、中田明伸、張浩徹
    • Organizer
      第13回分子科学討論会
  • [Presentation] 分子性自己包摂型格子による三安定性原子価互変異性錯体の創成2019

    • Author(s)
      小西龍之助、高坂亘、宮坂等、中田明伸、張浩徹
    • Organizer
      第13回分子科学討論会
  • [Presentation] Solvent-Induced Multiple Magnetic Phase Switchesin Porous Layered Magnets2019

    • Author(s)
      Jun Zhang, Wataru Kosaka , Hiroyasu Sato, Hitoshi Miyasaka
    • Organizer
      錯体化学会 第69回討論会
  • [Presentation] Doping Effect of redox-inert metal units in a one-dimensional donor-acceptor chain complexexhibiting one-step neutral-ionic phase transition2019

    • Author(s)
      Yinan Du, Yusuke Takahashi, Wataru Kosaka, Hitoshi Miyasaka
    • Organizer
      錯体化学会 第69回討論会
  • [Presentation] 構造柔軟な疎水性MOFにおける中心金属が吸着挙動に及ぼす影響の評価2019

    • Author(s)
      樋川 新太・鎌倉 吉伸・吉川 浩史・高坂 亘・宮坂 等・田中 大輔
    • Organizer
      錯体化学会 第69回討論会
  • [Presentation] アルキル鎖間相互作用による原子価互変異性体の遠隔制御2019

    • Author(s)
      越阪部 佑佳・小西 龍之助・村山 千明・高坂 亘・宮坂 等・中田 明伸・張 浩徹
    • Organizer
      錯体化学会 第69回討論会
  • [Presentation] 分子性自己包摂格子による三安定性原子価互変異性錯体の創成2019

    • Author(s)
      小西 龍之助・高坂 亘・宮坂 等・中田 明伸・張 浩徹
    • Organizer
      錯体化学会 第69回討論会
  • [Presentation] Photoinduced dynamics in a new chain coordination-polymer accompanied with a neutral-ionic phase transition2019

    • Author(s)
      F. Sano, T. Goto, T. Ishikawa, Y. Okimoto, S. Koshihara Y. Du, Y. Takahashi, W. Kosaka, H. Miyasaka
    • Organizer
      ISCOM-2019
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Coordination Distortion Induced Water Adsorption in Hydrophobic Flexible Metal-Organic Frameworks2019

    • Author(s)
      Arata Hikawa, Yoshinobu Kamakura, Hirofumi Yoshikawa, Wataru Kosaka Hitoshi Miyasaka, Daisuke Tanaka
    • Organizer
      ACCC7 2019
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Doping Effect of Redox-inert Metal Units in a One-dimensional Donoracceptor Chain Complex Exhibiting One-step Neutral-ionic Phase Transition2019

    • Author(s)
      Yinan Du,Yusuke TAKAHASHI, Wataru KOSAKA, Hitoshi MIYASAKA
    • Organizer
      第138回金属材料研究所講演会
  • [Presentation] Control of Magnetic properties of Layered Magnetic MOF with a Pinched Alkali Cation Structure2019

    • Author(s)
      H. Oshiyama, W. Kosaka, Y. Sekine, H. Miyasaka
    • Organizer
      第138回金属材料研究所講演会
  • [Presentation] Stepwise formation of magnetic order in a π-Stacked Pillared Layer Framework2019

    • Author(s)
      H. Nemoto, H. Fukunaga, J. S. Mortensen, W. Kosaka, H. Miyasaka
    • Organizer
      第138回金属材料研究所講演会
  • [Presentation] Gas Absorption Properties of Layered Metal-Organic Frameworks with Variable Electronic States2019

    • Author(s)
      Y. Watanabe, W. Kosaka, H. Miyasaka
    • Organizer
      第138回金属材料研究所講演会
  • [Presentation] 酸素分子の電子スピンを見分ける多孔性配位高分子磁石2019

    • Author(s)
      高坂 亘
    • Organizer
      日本結晶学会令和元年(2019年)度年会
    • Invited
  • [Book] PCP/MOFおよび各種多孔質材料の作り方,使い方,評価解析2019

    • Author(s)
      執筆者:87名
    • Total Pages
      639
    • Publisher
      技術情報協会
    • ISBN
      4861047692
  • [Remarks] 二酸化炭素を吸着してスピン状態を変える金属錯体の合成に成功

    • URL

      https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2020/04/press20200416-02-CO2.html

  • [Remarks] Miyasaka Laboratory

    • URL

      http://www.miyasaka-lab.imr.tohoku.ac.jp/index.html

URL: 

Published: 2021-01-27  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi