無機ナノ結晶によるアシンメトリー化学の展開

• 研究領域: 配位アシンメトリー：非対称配位圏設計と異方集積化が拓く新物質科学
• 研究課題/領域番号: 16H06520
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 寺西 利治 京都大学, 化学研究所, 教授 (50262598)
• 研究期間 (年度): 2016-06-30 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 115,570千円 (直接経費: 88,900千円、間接経費: 26,670千円); 2020年度: 19,500千円 (直接経費: 15,000千円、間接経費: 4,500千円); 2019年度: 21,190千円 (直接経費: 16,300千円、間接経費: 4,890千円); 2018年度: 20,280千円 (直接経費: 15,600千円、間接経費: 4,680千円); 2017年度: 19,500千円 (直接経費: 15,000千円、間接経費: 4,500千円); 2016年度: 35,100千円 (直接経費: 27,000千円、間接経費: 8,100千円)
• キーワード: ナノ材料 / アシンメトリー / イオン結晶 / 結晶系変化 / 異方構造 / 一重項開裂 / キラル物性 / 不斉反応

研究成果の概要

本研究では、多彩なアキラル無機ナノ結晶を集積したアシンメトリーナノ結晶構造体を構築し、構造に特有の特性を発現させるアシンメトリー化学を展開した。バンド位置を緻密に制御して近赤外プラズモニックナノ結晶とキャリアアクセプターナノ結晶を非対称に異方集積化し、プラズモニックナノ結晶のトラップ準位等を巧みに利用することにより、近赤外光誘起指向性電荷分離において、高い量子収率とマイクロ秒を超える長い電荷分離寿命を達成した。また、ポルフィリン誘導体4分子が平面配位した擬正四面体Auナノ結晶の合成にも成功し、ポルフィリンからAuコアへの電荷移動により電気化学水素発生反応活性が増強されることを実証した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ヘテロ界面やバンド位置を緻密に制御することにより、これまでに得ることができなかった近赤外プラズモニックナノ結晶とキャリアアクセプターナノ結晶を非対称に異方集積化したヘテロ構造ナノ結晶の合成法を開発した。このヘテロ構造体の近赤外光誘起指向性電荷分離における高い量子収率とマイクロ秒を超える長い電荷分離寿命を利用することで、近赤外光を用いた水分解水素生成や光電変換を実証した。

研究成果

• [国際共同研究] Tampere University(フィンランド)
• [国際共同研究] RMIT University(オーストラリア)
• [国際共同研究] University of Castilla-La Mancha(スペイン)
• [雑誌論文] Determinants of Crystal Structure Transformation in Cation Exchange Reaction (2021)
  • 著者名/発表者名: Z. Li, M. Saruyama, T. Asaka, Y. Tatetsu, and T. Teranishi
  • 雑誌名: Science 巻: 373 号: 6552 ページ: 332-337
  • DOI: 10.1126/science.abh2741
  • 査読あり
• [雑誌論文] Near-Unity Singlet Fission on a Quantum Dot Initiated by Resonant Energy Transfer (2021)
  • 著者名/発表者名: J. Zhang, H. Sakai, K. Suzuki, T. Hasobe, N. V. Tkachenko, I. Chang, K. Hyeon-Deuk, H. Kaji, T. Teranishi, and M. Sakamoto
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 143 号: 42 ページ: 17388-17394
  • DOI: 10.1021/jacs.1c04731
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Transformations of Ionic Nanocrystals via Full and Partial Ion Exchange Reactions (2021)
  • 著者名/発表者名: M. Saruyama, R. Sato, T. Teranishi
  • 雑誌名: Accounts of Chemical Research 巻: 54 号: 4 ページ: 765-775
  • DOI: 10.1021/acs.accounts.0c00701
  • 査読あり
• [雑誌論文] Number of Surface-Attached Acceptors on a Quantum Dot Impacts Energy Transfer and Photon Upconversion Efficiencies (2020)
  • 著者名/発表者名: Zhang Jie、Kouno Hironori、Yanai Nobuhiro、Eguchi Daichi、Nakagawa Tatsuo、Kimizuka Nobuo、Teranishi Toshiharu、Sakamoto Masanori
  • 雑誌名: ACS Photonics 巻: 7 号: 7 ページ: 1876-1884
  • DOI: 10.1021/acsphotonics.0c00771
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phase Segregated Cu2-xS-Ni3Se4 Bimetallic Selenide Nanocrystals Formed through Cation Exchange Reaction for Active Water Oxidation Precatalyst (2020)
  • 著者名/発表者名: 1.S. Kim, H. Mizuno, M. Saruyama, M. Sakamoto, M. Haruta, H. Kurata, T. Yamada, K. Domen, and T. Teranishi
  • 雑誌名: Chem. Sci. 巻: 11 号: 6 ページ: 1523-1530
  • DOI: 10.1039/c9sc04371c
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Carrier-Selective Blocking Layer Synergistically Improves the Plasmonic Enhancement Effect (2019)
  • 著者名/発表者名: Kawawaki Tokuhisa、Nakagawa Tatsuo、Sakamoto Masanori、Teranishi Toshiharu
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 印刷中 号: 21 ページ: 8402-8406
  • DOI: 10.1021/jacs.9b01419
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anomalous Photoinduced Hole Transport in Type I Core/Mesoporous-Shell Nanocrystals for Efficient Photocatalytic H2 Evolution (2019)
  • 著者名/発表者名: Lian Zichao、Sakamoto Masanori、Kobayashi Yoichi、Tamai Naoto、Ma Jun、Sakurai Tsuneaki、Seki Shu、Nakagawa Tatsuo、Lai Ming-Wei、Haruta Mitsutaka、Kurata Hiroki、Teranishi Toshiharu
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 13 号: 7 ページ: 8356-8363
  • DOI: 10.1021/acsnano.9b03826
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact of Orbital Hybridization at Molecule?Metal Interface on Carrier Dynamics (2019)
  • 著者名/発表者名: Sakamoto Masanori、Hyeon-Deuk Kim、Eguchi Daichi、Chang I.-Y.、Tanaka Daisuke、Tahara Hirokazu、Furube Akihiro、Minagawa Yoshihiro、Majima Yutaka、Kanemitsu Yoshihiko、Teranishi Toshiharu
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 123 号: 42 ページ: 25877-25882
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.9b04231
  • 査読あり
• [雑誌論文] Clear and transparent nanocrystals for infrared-responsive carrier transfer (2019)
  • 著者名/発表者名: Sakamoto Masanori、Kawawaki Tokuhisa、Kimura Masato、Vequizo Junie Jhon M.、Matsunaga Hironori、Ranasinghe Chandana Sampath Kumara、Yamakata Akira、Matsuzaki Hiroyuki、Furube Akihiro、Teranishi Toshiharu
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 号: 1 ページ: 406-406
  • DOI: 10.1038/s41467-018-08226-2
  • NAID: 120006554836
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Durian-Shaped CdS@ZnSe Core@Mesoporous-Shell Nanoparticles for Enhanced and Sustainable Photocatalytic Hydrogen Evolution (2018)
  • 著者名/発表者名: Lian Zichao、Sakamoto Masanori、Kobayashi Yoichi、Tamai Naoto、Ma Jun、Sakurai Tsuneaki、Seki Shu、Nakagawa Tatsuo、Lai Mingwei、Haruta Mitsutaka、Kurata Hiroki、Teranishi Toshiharu
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry Letters 巻: 9 号: 9 ページ: 2212-2217
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.8b00789
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Near Infrared Light Induced Plasmonic Hot Hole Transfer at a Nano-Heterointerface (2018)
  • 著者名/発表者名: Z. Lian M. Sakamoto H. Matsunaga J. J. M. Vequizo A. Yamakata M. Haruta H. Kurata W. Ota T. Sato T. Teranishi
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 9 号: 1 ページ: 23141-7
  • DOI: 10.1038/s41467-018-04630-w
  • NAID: 120006488580
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Phase-segregated NiPx@FePyOz core@shell nanoparticles: ready-to-use nanocatalysts for electro- and photo-catalytic water oxidation through in situ activation by structural transformation and spontaneous ligand removal (2018)
  • 著者名/発表者名: Saruyama Masaki、Kim Sunwon、Nishino Toshio、Sakamoto Masanori、Haruta Mitsutaka、Kurata Hiroki、Akiyama Seiji、Yamada Taro、Domen Kazunari、Teranishi Toshiharu
  • 雑誌名: Chemical Science 巻: 印刷中 号: 21 ページ: 4830-4836
  • DOI: 10.1039/c8sc00420j
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Plasmonic p-n Junction for Infrared Light to Chemical Energy Conversion (2018)
  • 著者名/発表者名: Lian Zichao, Sakamoto Masanori, Vequizo Junie J. M., Ranasinghe C. S. Kumara, Yamakata Akira, Nagai Takuro, Kimoto Koji, Kobayashi Yoichi, Tamai Naoto, Teranishi Toshiharu
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 141 号: 6 ページ: 2446-2450
  • DOI: 10.1021/jacs.8b11544
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Ligand Effect on the Catalytic Activity of Gold Clusters in the Electrochemical Hydrogen Evolution Reaction (2018)
  • 著者名/発表者名: D. Eguchi, M. Sakamoto, and T. Teranishi
  • 雑誌名: Chem. Sci. 巻: 9 ページ: 261-265
  • 査読あり
• [雑誌論文] Boosting photocatalytic overall water splitting by Co doping into Mn3O4 nanoparticles as oxygen evolution cocatalysts (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshinaga Taizo、Saruyama Masaki、Xiong Anke、Ham Yeilin、Kuang Yongbo、Niishiro Ryo、Akiyama Seiji、Sakamoto Masanori、Hisatomi Takashi、Domen Kazunari、Teranishi Toshiharu
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 印刷中 号: 22 ページ: 10420-10427
  • DOI: 10.1039/c8nr00377g
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular Floating-gate Single-electron Transistor (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Yamamoto, Y. Azyma, M. Sakamoto, T. Teranishi, H. Ishii, Y. Majima, Y. Noguchi
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: in press 号: 1 ページ: 1589-1589
  • DOI: 10.1038/s41598-017-01578-7
  • NAID: 120006366775
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Formation of Layer-by-Layer Assembled Cocatalyst Films of S2?-Stabilized Ni3S4 Nanoparticles for Hydrogen Evolution Reaction (2017)
  • 著者名/発表者名: Kim Sungwon、Nishino Toshio、Saruyama Masaki、Sakamoto Masanori、Kobayashi Hiroyuki、Akiyama Seiji、Yamada Taro、Domen Kazunari、Teranishi Toshiharu
  • 雑誌名: ChemNanoMat 巻: 3 号: 10 ページ: 764-771
  • DOI: 10.1002/cnma.201700220
  • 査読あり
• [雑誌論文] Porphyrin Derivative-Protected Gold Cluster with a Pseudotetrahedral Shape (2017)
  • 著者名/発表者名: Daichi Eguchi, Masanori Sakamoto, Daisuke Tanaka, Yasuo Okamoto, Toshiharu Teranishi
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 印刷中 号: 20 ページ: 10760-10766
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b10972
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Memory Operations in Au Nanoparticle Single-electron Transistors with Floating Gate Electrodes (2016)
  • 著者名/発表者名: Yasuo Azuma, Masanori Sakamoto, Toshiharu Teranishi, Yutaka Majima
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 109 号: 22
  • DOI: 10.1063/1.4971190
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] ナノ元素置換科学：未踏構造ナノ粒子の合成と構造特異機能 (2021)
  • 著者名/発表者名: 寺西利治
  • 学会等名: 光・量子デバイス研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Nanoscale Element Replacement Science: Structural Transformation of Nanocrystalline Phases and Development of Novel Functions (2021)
  • 著者名/発表者名: Toshiharu Teranishi
  • 学会等名: Seminar on Low-dimensional Physics and Devices
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 近赤外プラズモニクスの開拓と水素生成触媒への展開 (2021)
  • 著者名/発表者名: 寺西利治
  • 学会等名: 日本化学会第101春季年会中長期企画（人工光合成）
  • 招待講演
• [学会発表] Novel Plasmonic Nanomaterials for Near Infrared Light Energy Conversion (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Teranishi
  • 学会等名: 8th International Conference on Nanoscience and Nanotechnology (ICONN 2020)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Novel Plasmonic Nanomaterials for Near Infrared Light Energy Conversion (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Teranishi
  • 学会等名: 235rd ECS Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Novel Plasmonic Nanoparticles for Near Infrared Light Energy Conversion (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Teranishi
  • 学会等名: 10th International Conference on Materials for Advanced Technologies (ICMAT 2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Novel Plasmonic Nanomaterials for Near Infrared Light Energy Conversion (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Teranishi
  • 学会等名: ChinaNano
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Plasmon-induced Hot Carrier Chemistry (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Teranishi
  • 学会等名: ASNANO-2 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 新しい可視・近赤外プラズモン合金ナノ粒子 (2019)
  • 著者名/発表者名: 寺西利治
  • 学会等名: 第68回高分子討論会
  • 招待講演
• [学会発表] Plasmon-induced Hot Carrier Chemistry (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Teranishi
  • 学会等名: KU-UNIST Joint Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Plasmon-induced Hot Carrier Chemistry in Inorganic Nanoparticles (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Teranishi
  • 学会等名: 12th China‐Japan Joint Symposium on Metal Cluster Compounds
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Novel Plasmonic Nanomaterials for Near Infrared Light Energy Conversion (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Teranishi
  • 学会等名: Okinawa Colloids 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ヘテロ構造ナノ粒子の近赤外プラズモン励起キャリアダイナミクス計測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 寺西利治
  • 学会等名: 2019 OCUシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Near Infrared Plasmon-Induced Charge Separation in Heterostructured Nanoparticles (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Teranishi
  • 学会等名: 233rd ECS Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ナノプラズモニクスの新展開 (2018)
  • 著者名/発表者名: 寺西利治
  • 学会等名: 第3回固体化学フォーラム研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Pseudomorphic Transformation of Nanocrystals by Element Replacement (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Teranishi
  • 学会等名: ISMANAM2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] New Plasmonic Chemistry of Nanocrystals toward Photoenergy Conversion (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Teranishi
  • 学会等名: 北京大学セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] ナノ仮晶化学：元素置換による新しいナノ粒子の創り方 －プラズモニクスにおける錬金術－ (2018)
  • 著者名/発表者名: 寺西利治
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第31回秋季シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Novel Plasmonic Alloy Nanocrystals formed by Pseudomorphic Reaction (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Teranishi
  • 学会等名: KJF International Conference on Organic Materials for Electronics and Photonics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ナノ仮晶化学の開拓と近赤外プラズモニクスへの展開 (2018)
  • 著者名/発表者名: 寺西利治
  • 学会等名: 錯体化学若手の会夏の学校
  • 招待講演
• [学会発表] ナノ仮晶化学：元素置換による新しいナノ粒子の創り方 －プラズモニクスにおける錬金術－ (2018)
  • 著者名/発表者名: 寺西利治
  • 学会等名: 第3回精密無機有機合成化学研究会
  • 招待講演
• [学会発表] ナノ結晶の特異構造がもたらす高効率光エネルギー変換特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 寺西利治
  • 学会等名: 第22回名古屋大学VBLシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Anisotropic Assembly of Nanoparticles for Photoenergy Conversion (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Teranishi
  • 学会等名: The 2nd Japan-US Bilateral Meeting on Coordination Chemistry
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 原子を集めて入れ替える ～新しいナノ粒子の創り方と使い方～ (2017)
  • 著者名/発表者名: 寺西利治
  • 学会等名: 第7回CSJフェスタ
  • 招待講演
• [学会発表] Efficient Charge Separation in Heterostructured Nanoparticles (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Teranishi
  • 学会等名: 5th CMS International Symposium on Photofunctional Chemistry and Molecular Systems
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 無機ナノ粒子：設計の重要性と偶発の面白さ (2016)
  • 著者名/発表者名: 寺西利治
  • 学会等名: 日本セラミックス協会資源・環境関連材料部会講演会
  • 発表場所: 東京都立産業技術センター（東京）
  • 年月日: 2016-10-21
  • 招待講演
• [図書] CSJ Current Review 32 プラズモンと光圧が導く物質科学 (2019)
  • 著者名/発表者名: 寺西利治 他
  • 総ページ数: 196
  • 出版者: 化学同人
  • ISBN: 9784759813920
• [備考] Teranishi Laboratory
  • URL: https://www.scl.kyoto-u.ac.jp/~teranisi/
• [備考] 寺西研
  • URL: https://www.scl.kyoto-u.ac.jp/~teranisi/
• [備考] 新学術領域webページ
  • URL: http://www.asymmetallic.jp
• [備考] 研究室webページ
  • URL: http://www.scl.kyoto-u.ac.jp/~teranisi/
• [備考] 新学術領域「配位アシンメトリー」
  • URL: http://www.asymmetallic.jp
• [備考] Teranishi Laboratory
  • URL: http://www.scl.kyoto-u.ac.jp/~teranisi/
• [産業財産権] テトラフェニルポルフィリン誘導体 (2017)
  • 発明者名: 坂本雅典、寺西利治、川脇徳久
  • 権利者名: 坂本雅典、寺西利治、川脇徳久
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2017-101193
  • 出願年月日: 2017