2021 Fiscal Year Research-status Report
14族および15族典型元素を利用した機能超原子クラスターの開拓
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20K05538
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
神戸 徹也 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (00733495)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 超原子 / 典型金属元素 / デンドリマー / クラスター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
申請者はこれまで非対称型の第4世代フェニルアゾメチンデンドリマー(pyDPAG4)を用いることでAl13およびGa13超原子の液相での合成と超原子としての特性解明を報告している(Nature Commun. 2017, Adv. Mater. 2020,他)。本研究ではこれを発展させるため・全比率領域を可能にする元素配合法 および・一原子置換集積法 を開発した。
全比率での元素配合は超原子として報告しているGa13クラスターへのPtドープに対して行った。GaCl3とPtBr4との配合集積をこれまで通りの集積条件で行った場合、高い配位力を有するGaCl3がデンドリマーの内層に集積される。そのため、指数関数的に分岐したデンドリマー側鎖の構造を考えると、外側に集積されるPtの数が指数関数的に多くなることが避けられない課題であった。それに対してTHFを用いたCHCl3:CH3CN:THF = 1:1:0.25の混合溶媒中では、PtBr4の配位力が選択的に向上するため、PtBr4がGaCl3よりも内側に集積できることを見出した。これはGaとPtとを様々な配合比で精密集積できる手法であり、Ga13超原子への元素ドープを可能にした(Chem. Lett. 2021, Selected paper, Cover article)。
14族元素を利用した新超原子として、1元素ドープ型超原子を合成した。これはピリジン部位をコアに持つデンドリマーを用いて行った。このデンドリマーでは最内層に導入したピリジン部位が最初に金属を1原子だけ集積できるため、これによりFe1原子とSn12原子からなるFe1Sn12超原子を合成した。そして、このクラスターが常磁性的挙動および近赤外領域での発光機能を示すことを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度で開拓した全比率範囲での集積は超原子への微細な元素配合を可能にするものであり、すでに配合クラスターの合成も見出していることから、超原子のバリエーション構築に直結できると考えている。また、14族のスズ元素を持ちいた1原子置換型クラスターの特異機能も新たに見出しており、順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究において新たに見出した1原子付加Sn12クラスターは超原子としての原子模倣性が磁気特性と発光機能から発現した。この詳細を解明し、中心金属元素の変更による新たな超原子合成へと繋げる。特にコバルトイオンを導入したスズクラスターにおいて多重スピンに起因した特殊物性が発現し得ることが理論計算により示された。この合成により、これまでのナノ材料の延長線上にはない新超原子の開拓につなげる。
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| Causes of Carryover |
成果発表を予定していた学会が急遽オンライン開催となり、予定していた旅費の支払いが無くなった。また、試薬代が予定より安くなったことから次年度使用額が生じた。
繰越金は次年度の学会旅費および合成試薬代として利用する予定である。
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[Journal Article] Liquid crystalline 2D borophene oxide for inorganic optical devices2022
Author(s)
Tetsuya Kambe, Shotaro Imaoka, Misa Shimizu, Reina Hosono, Dongwan Yan, Hinayo Taya, Masahiro Katakura, Hirona Nakamura, Shoichi Kubo, Atsushi Shishido, Kimihisa Yamamoto
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 13
Pages: 1037
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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