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2022 Fiscal Year Annual Research Report

包接分子を変数とする配位高分子の特異な物性の創出と機構解明

Research Project

Project/Area Number 21H01905
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

大場 正昭  九州大学, 理学研究院, 教授 (00284480)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords多孔性金属錯体 / 配位高分子 / 包接体 / 磁性 / 発光特性
Outline of Annual Research Achievements

本課題では、細孔内に内包した分子の挙動を明らかにし、内包分子の運動および相変化を利用して骨格の物性を制御する機構を確立することで、新しい分子包接体の物性科学の開拓を目的とする。今年度は、引き続き Hofmann 型多孔性金属錯体 {Fe(pz)[Pt(CN)4]} (1) を基軸化合物として、1 に包接した分子の運動や状態変化と骨格構造の磁性および発光特性との動的連動の達成を目指して、主に以下の (1)-(2) を推進した。
(1) 包接分子の挙動と磁気特性の相関の解明:アルカン(エタン、プロパン)よりも構造自由度を下げたアルケン(エチレン、プロピレン)の包接体を合成し、アルカン包接体の磁気挙動と比較検討した。エタン包接体では、昇温過程においてエタンの放出に伴うLSの再安定化が観測されたが、エチレン包接体はゲストフリー体とほぼ同じ挙動を示した。プロパン包接体は「降温過程における4段階の磁化率の変化」と「昇温過程における非平衡なスピン状態」を含む特異な磁気挙動を示した。一方、プロピレン包接体は、降温過程において260K付近で3/4のサイトがLSとなり、160K付近で残りのサイトがLSとなる二段階のスピン転移を示した。アルカンとアルケンでは吸着量は変わらないが、磁気挙動が大きく異なった。包接体の構造決定には至らなかったが、構造自由度と細孔内での相互作用の違いが磁気挙動に大きく影響する事を実証した。
(2) 分子包接体内の包接分子の挙動と発光特性の相関:新規発光性配位高分子Cd(terpy)[ReN(CN)4]において、集積構造の異なる3種類の構造異性体の作り分けに成功し、アンモニア雰囲気下in situ X線回折-発光スペクトル同時測定により、アンモニア吸脱着と構造と発光の変化の連動機構を考察した。また、新たにPt-Pt 金属結合による一次元Pt鎖状構造を含む発光性 MOF の開発に成功した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究計画の各項目は、ほぼ予定通りに進展している。一部コロナの影響で学外での測定が滞ったものがあるが、全体的には想定以上の結果がでているので、「おおむね順調」とした。
(1)では、アルケン包接体においてアルカン包接体とは全く異なる磁気挙動を見出すことができた。ゲストの構造および化学的性質の磁気挙動への影響を実験的に確認できたのは、想定通りの進捗である。ゲスト分子の細孔内挙動、ならびにその磁気挙動への影響を評価できていないのが課題であり、今後は理論計算も含めて詳細を検討する。
(2)では、発光性多孔性配位高分子の構造異性体の合成に成功し、構造、発光特性とアンモニア応答性を比較検討し、その機構を考察できた。これは想定以上の進捗であり、今後は in situ 測定による、アンモニアの圧力に依存した構造変化と発光変化の追跡により、この変化機構の詳細を解明する。さらに、新たにPt-Pt 金属結合による一次元Pt鎖状構造を含む発光性 MOF の開発に成功した。これにより、(2)はより大きな発展が期待される。
以上の結果は、本課題の核心である「内包分子の運動および相変化を利用した骨格の物性制御の機構の確立」に迫る成果につながることが期待される。

Strategy for Future Research Activity

これまでの成果を基盤に以下の2項目を引き続き推進し、分子包接体内の束縛分子の状態変化を物理的変数として捉え、細孔内の包接分子の密度および相互作用を制御することで、包接分子の自由度を規定し、分子の運動および相変化と骨格物性が相関する包接体ならではの物性科学を展開する。
(1) 包接分子の挙動と磁気特性の相関の解明:アルカン(エタン、プロパン)とアルケン(エチレン、プロピレン)の細孔内挙動をガス雰囲気下 IR および Raman スペクトルの in situ 同時測定、および固体NMRにより追跡し、プロピレンの運動と分子包接体の磁気特性との相関を詳細に調べる。さらに、充填するプロパン分子の密度を制御して、密度と状態変化および磁気特性変化の相関を系統的に比較検討する。
(2) 分子包接体内の包接分子の挙動と発光特性の相関:ニトリドテトラシアノ Re(V)錯体を用いた発光性MOFのアンモニアの段階的吸着による構造と発光波長変化については、アンモニアの圧力に対する依存性を評価するため、高輝度放射光を用いたアンモニアガス雰囲気下in situ X線回折-発光スペクトル同時測定、およびガス雰囲気下単結晶および粉末X 線回折を測定し、3種の異性体との比較検討から、応答機構を詳細に検討する。また、新たに合成に成功した Pt-Pt 金属結合による一次元Pt鎖状構造を含む発光性 MOF に関しては、バルク合成法を確立し、溶媒分子の吸着に伴う構造と発光挙動の変化をガス雰囲気下in situ X線回折-発光スペクトル同時測定により評価し、in situ 時間分解発光スペクトルの温度依存性測定により動的な変化を追跡・評価する。

  • Research Products

    (31 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (4 results) Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (22 results) (of which Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] University of Valencia(スペイン)

    • Country Name
      SPAIN
    • Counterpart Institution
      University of Valencia
  • [Int'l Joint Research] Technical University of Wien(オーストリア)

    • Country Name
      AUSTRIA
    • Counterpart Institution
      Technical University of Wien
  • [Int'l Joint Research] Leibniz University Hannover(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      Leibniz University Hannover
  • [Int'l Joint Research] Dalian University of Technology(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      Dalian University of Technology
  • [Journal Article] Negative thermal expansion of undulating coordination layers through interlayer interaction2022

    • Author(s)
      Junichi Yanagisawa, Kyosuke Tanaka, Hideaki Kano, Kiyoshi Miyata, Benjamin Le Ouay, Ryo Ohtani, Masaaki Ohba
    • Journal Title

      Inorg. Chem.

      Volume: 61 Pages: 21123-21130

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.2c03780

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Vapor-Induced Conversion of a Centrosymmetric Organic-norganic Hybrid Crystal into a Proton-Conducting Second-Harmonic-Generation-Active Material2022

    • Author(s)
      Ryo Ohtani, Junichi Yanagisawa, Yudai Iwai, Benjamin Le Ouay, Masaaki Ohba
    • Journal Title

      Inorg. Chem.

      Volume: 61 Pages: 15638-15644

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.2c02555

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Zero area thermal expansion of honeycomb layers via double distortion relaxation in (PPh4)[Cu2(CN)3]2022

    • Author(s)
      Yudai Iwai, Manabu Nakaya, Hiroyoshi Ohtsu, Benjamin Le Ouay, Ryo Ohtani, Masaaki Ohba
    • Journal Title

      CrystEngComm.

      Volume: 24 Pages: 5880-5884

    • DOI

      10.1039/D2CE00878E

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ligand field in low-crystalline metal-organic frameworks investigated by soft X-ray core-level absorption spectroscopy2022

    • Author(s)
      Kohei Yamagami, Haruka Yoshino, Hirona Yamagishi, Hiroyuki Setoyama, Arata Tanaka, Ryo Ohtani, Masaaki Ohba, Hiroki Wadati
    • Journal Title

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      Volume: 24 Pages: 16680-16686

    • DOI

      10.1039/D2CP01415G

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 構造複雑性を有するNiPd(CN)4の合成と物性2023

    • Author(s)
      岩井優大、大谷 亮、大場正昭
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
  • [Presentation] Charge-driven Assembly of Water-soluble Ionic Metal-Organic Polyhedra with Enzymes2023

    • Author(s)
      Benjamin Le Ouay、Ryosuke Minami、Purna Kanta Boruah、Masaaki Ohba
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
  • [Presentation] ゲスト応答型機能性配位高分子の開発2022

    • Author(s)
      大場正昭
    • Organizer
      錯体化学会第72回討論会
    • Invited
  • [Presentation] Bias modulative proton conductivity in a polar crystal of K2MnN(CN)4・H2O2022

    • Author(s)
      Junichi Yanagisawa、Ryo Ohtani、Masaaki Ohba
    • Organizer
      錯体化学会第72回討論会
  • [Presentation] Ammonia-induced Multi-step Luminescence Variations in an One-dimensional Re(V)Cd(II) Coordination Polymer2022

    • Author(s)
      Haruka Yoshino、Masaki Saigo、Kiyoshi Miyata、Ken Onda、Masaaki Ohba、Hitoshi Miyasaka
    • Organizer
      錯体化学会第72回討論会
  • [Presentation] Pt-Pt 結合による一次元鎖を含む新規 M(II)Pt(II) (M = Zn, Cd) 配位高分子の構造と物性2022

    • Author(s)
      北野仁悟、芳野 遼、笹木健太、大谷 亮、宮坂 等、大場正昭
    • Organizer
      錯体化学会第72回討論会
  • [Presentation] 新規二次元シアノ架橋配位高分子NiPd(CN)4の構造解析と物性2022

    • Author(s)
      岩井優大、大谷 亮、大場正昭
    • Organizer
      錯体化学会第72回討論会
  • [Presentation] Hofmann 型 Fe(II)Pt(II) 多孔性配位高分子のアルカンおよびアルケン吸着体の磁気挙動2022

    • Author(s)
      藤本志己、芳野 遼、大谷 亮、大場正昭
    • Organizer
      錯体化学会第72回討論会
  • [Presentation] ニトリド架橋一次元錯体 Li2MnN(CN)4・3H2O の極性構造と相転移2022

    • Author(s)
      木下宏子、大谷 亮、大場正昭
    • Organizer
      錯体化学会第72回討論会
  • [Presentation] 新規ゲスト応答型 Cd(II)Re(V) 配位高分子の構造と発光特性2022

    • Author(s)
      米野 斐、笠原ののか、芳野 遼、大谷 亮、大場正昭
    • Organizer
      錯体化学会第72回討論会
  • [Presentation] 軟X線内殻吸収分光を用いた低結晶性MOFの配位子場分析2022

    • Author(s)
      山神光平、芳野 遼、山岸弘奈、瀬戸山寛之、田中 新、大谷 亮、大場正昭、和達大樹
    • Organizer
      錯体化学会第72回討論会
  • [Presentation] 二次元中空シート型 Fe(II)Au(III) 配位高分子のゲスト分子による構造および磁気特性変換2022

    • Author(s)
      芳野 遼、高坂 亘、宮坂 等、大場正昭
    • Organizer
      錯体化学会第72回討論会
  • [Presentation] オキソテトラシアノモリブデンユニットを用いた新規極性錯体結晶の開発2022

    • Author(s)
      辻岡利菜、大谷 亮、大場正昭
    • Organizer
      錯体化学会第72回討論会
  • [Presentation] ニトリドテトラシアノCr(V)錯体を用いた新規Mn(II)Cr(V)磁性体の開発2022

    • Author(s)
      今村祐輝、芳野 遼、大谷 亮、宮坂 等、大場正昭
    • Organizer
      錯体化学会第72回討論会
  • [Presentation] イミダゾリウムカチオンを用いたシアノ系ハイブリット錯体開発2022

    • Author(s)
      茂谷尚貴、大谷 亮、大場正昭
    • Organizer
      錯体化学会第72回討論会
  • [Presentation] シアノ架橋二次元 Al(lll)Re(V) 配位高分子の構造と発光特性2022

    • Author(s)
      北野仁悟、芳野 遼、大谷 亮、大場正昭
    • Organizer
      第59回化学関連支部合同大会
  • [Presentation] 四配位金属中心を有するシアノ架橋配位高分子の固溶体化と構造制御2022

    • Author(s)
      岩井優大、大谷 亮、大場正昭
    • Organizer
      第59回化学関連支部合同大会
  • [Presentation] 磁気双安定な多孔性配位高分子のC3H8およびC3H6の吸着と磁気挙動2022

    • Author(s)
      藤本志己、大谷 亮、大場正昭
    • Organizer
      第59回化学関連支部合同大会
  • [Presentation] Terpyridine誘導体を補助配位子とする Cd(II)Re(V) 配位高分子の構造と発光挙動2022

    • Author(s)
      米野 斐、大場正昭
    • Organizer
      第59回化学関連支部合同大会
  • [Presentation] オキソテトラシアノモリブデン錯体を用いた新規錯体結晶の合成2022

    • Author(s)
      辻岡利菜、大谷 亮、大場正昭
    • Organizer
      第59回化学関連支部合同大会
  • [Presentation] エチルイミダゾリウムカチオンを用いたイオン性錯体材料開発2022

    • Author(s)
      茂谷尚貴、大谷 亮、大場正昭
    • Organizer
      第59回化学関連支部合同大会
  • [Presentation] ニトリドテトラシアノ Cr(V) 錯体を構築素子とするMn(II)Cr(V) 配位高分子の構造と磁気特性2022

    • Author(s)
      今村祐輝、芳野 遼、大谷 亮、大場正昭
    • Organizer
      第59回化学関連支部合同大会
  • [Remarks] 錯体物性化学研究室研究業績

    • URL

      http://www.scc.kyushu-u.ac.jp/Sakutaibussei/page03-1.html

URL: 

Published: 2023-12-25  

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