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ボトムアップ合成に立脚した錯体ナノチューブの空間構築と伝導機構解明

研究課題

研究課題/領域番号 19K05494
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分34010:無機・錯体化学関連
研究機関京都大学

研究代表者

大坪 主弥  京都大学, 理学研究科, 助教 (90601005)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2020年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワードナノチューブ / 疎水性空間 / 水クラスター / 水素結合 / プロトン伝導 / 薄膜材料
研究開始時の研究の概要

本研究課題ではボトムアップ合成により得られる高プロトン伝導性の金属-有機ナノチューブを基盤材料に据え、ボトムアップ合成の設計性と多様性の高さに立脚した実験的な材料構築技術から、疎水性空間内の水分子に起因する特異な物性に対する多角的な実験研究を行い、理論的な側面のみが先行している高速プロトン輸送に関する機構の解明と具体的な材料設計指針を提示することを目指す。

研究成果の概要

新規に合成した金属-有機ナノチューブ(MONTs)において疎水性空間における特異な水クラスター構造をX線結晶構造解析から明らかにし、水分子クラスター間の水素結合ネットワークを介した超プロトン伝導性について、実験と理論の両面から多角的に明らかにすることに成功した。加えて、多様な開口径を有するMONTsの合成にも成功し、チューブの開口径とプロトン伝導性の関係についての知見を得ることにも成功した。また、白金ダイマー錯体からなる新規配位高分子の合成にも成功し、結晶中でカチオン性ゲストが水分子の吸着/脱着に伴い超プロトン伝導性発現のためのスイッチとして機能することを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究課題で着目したナノチューブ内の狭いナノ空間に補足された水分子に関する理解が進めば、水素結合様式に依存したプロトン伝導性の変化等の基礎科学的な知見が得られるだけではなく、将来的には生体膜タンパク質が持つ指向性のあるプロトン/水の輸送現象(高速輸送、選択的輸送、一方向輸送、能動輸送)の解明や生体模倣材料の構築に繋がると期待される。さらには、高効率な水浄化膜や高機能な燃料電池材料等、我々の生活に直結する将来的な機能材料創成にブレークスルーをもたらすと期待される。

報告書

(4件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (15件) (うち国際共著 4件、 査読あり 15件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 3件、 招待講演 5件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] A Preinstalled Protic Cation as a Switch for Superprotonic Conduction in a Metal-Organic Framework2022

    • 著者名/発表者名
      Otsubo Kazuya、Nagayama Shuya、Kawaguchi Shogo、Sugimoto Kunihisa、Kitagawa Hiroshi
    • 雑誌名

      JACS Au

      巻: 2 号: 1 ページ: 109-115

    • DOI

      10.1021/jacsau.1c00388

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dibenzodiazapyracylenes: Doubly N‐Doped Cyclopenta‐Fused Polycyclic Molecules That Exhibit High Carrier Mobility2022

    • 著者名/発表者名
      Morimoto Yuki、Koo Yun Hee、Otsubo Kazuya、Kitakado Hidetsugu、Seki Shu、Osuka Atsuhiro、Tanaka Takayuki
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 61 号: 14 ページ: 202112589-202112589

    • DOI

      10.1002/anie.202200341

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ni@onion-like carbon and Co@amorphous carbon: control of carbon structures by metal ion species in MOFs2021

    • 著者名/発表者名
      Mukoyoshi Megumi、Kobayashi Hirokazu、Kusada Kohei、Otsubo Kazuya、Maesato Mitsuhiko、Kubota Yoshiki、Yamamoto Tomokazu、Matsumura Syo、Kitagawa Hiroshi
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 57 号: 48 ページ: 5897-5900

    • DOI

      10.1039/d1cc02154k

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A square-shaped complex with an electron-acceptor ligand: unique cubic crystal symmetry and similarity to the inorganic mineral katoite2021

    • 著者名/発表者名
      Aoki Kentaro、Otsubo Kazuya、Kitagawa Hiroshi
    • 雑誌名

      CrystEngComm

      巻: 23 号: 43 ページ: 7691-7697

    • DOI

      10.1039/d1ce00994j

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Strain-Controlled Spin Transition in Heterostructured Metal-Organic Framework Thin Film2021

    • 著者名/発表者名
      Haraguchi Tomoyuki、Otsubo Kazuya、Sakata Osami、Fujiwara Akihiko、Kitagawa Hiroshi
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 143 号: 39 ページ: 16128-16135

    • DOI

      10.1021/jacs.1c06662

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis and Magnetic Properties of a Dimerized Trinuclear Ni String Complex, [Ni6Cl2(dpa)8](I5)2・0.25I2 (dpa- = 2,2′-Dipyridylamide Anion)2021

    • 著者名/発表者名
      Aoki Kentaro、Otsubo Kazuya、Yoshida Yukihiro、Kimura Yojiro、Sugimoto Kunihisa、Kitagawa Hiroshi
    • 雑誌名

      Inorganic Chemistry

      巻: 60 号: 21 ページ: 16029-16034

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.1c02660

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Surface morphology-induced spin-crossover-inactive high-spin state in a coordination framework2021

    • 著者名/発表者名
      Sakaida Shun、Otsubo Kazuya、Otake Ken-ichi、Kawaguchi Shogo、Maesato Mitsuhiko、Kitagawa Susumu、Kitagawa Hiroshi
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 57 号: 12 ページ: 1462-1465

    • DOI

      10.1039/d0cc06682f

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Crystal Size Effect on the Spin-Crossover Behavior of {Fe(py)2[Pt(CN)4]} (py = Pyridine) Monitored by Raman Spectroscopy2020

    • 著者名/発表者名
      Sakaida Shun、Otsubo Kazuya、Maesato Mitsuhiko、Kitagawa Hiroshi
    • 雑誌名

      Inorganic Chemistry

      巻: 59 号: 23 ページ: 16819-16823

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.0c02874

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A mixed-valent metal?organic ladder linked by pyrazine2020

    • 著者名/発表者名
      Otake Ken-ichi、Otsubo Kazuya、Kitagawa Hiroshi
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Condensed Matter

      巻: 33 号: 3 ページ: 034002-034002

    • DOI

      10.1088/1361-648x/abbbc7

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A 2D Mg(II)-MOF with High Density of Coordinated Waters as Sole Intrinsic Proton Sources for Ultrahigh Superprotonic Conduction2020

    • 著者名/発表者名
      Chand Santanu、Pal Shyam Chand、Lim Dae-Woon、Otsubo Kazuya、Pal Arun、Kitagawa Hiroshi、Das Madhab C.
    • 雑誌名

      ACS Materials Letters

      巻: 2 号: 10 ページ: 1343-1350

    • DOI

      10.1021/acsmaterialslett.0c00358

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A Phosphate‐Based Silver-Bipyridine 1D Coordination Polymer with Crystallized Phosphoric Acid as Superprotonic Conductor2020

    • 著者名/発表者名
      Pal Arun、Pal Shyam Chand、Otsubo Kazuya、Lim Dae‐Woon、Chand Santanu、Kitagawa Hiroshi、Das Madhab C.
    • 雑誌名

      Chemistry - A European Journal

      巻: 26 号: 20 ページ: 4607-4612

    • DOI

      10.1002/chem.201905650

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書 2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Remarkably Enhanced Proton Conduction of {NBu2(CH2COOH)2}[MnCr(ox)3] by Multiplication of Carboxyl Carrier in the Cation2020

    • 著者名/発表者名
      Okawa Hisashi、Otsubo Kazuya、Yoshida Yukihiro、Kitagawa Hiroshi
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 54 号: 45 ページ: 6138-6140

    • DOI

      10.1039/d0cc02192j

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Confined water-mediated high proton conduction in hydrophobic channel of a synthetic nanotube2020

    • 著者名/発表者名
      Otake Ken-ichi、Otsubo Kazuya、Komatsu Tokutaro、Dekura Shun、Taylor Jared M.、Ikeda Ryuichi、Sugimoto Kunihisa、Fujiwara Akihiko、Chou Chien-Pin、Sakti Aditya Wibawa、Nishimura Yoshifumi、Nakai Hiromi、Kitagawa Hiroshi
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 11 号: 1 ページ: 843-843

    • DOI

      10.1038/s41467-020-14627-z

    • NAID

      120006796419

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] A Novel Platinum(III)?Platinum(III) Neutral Dimer Complex, Pt2(cdtb)4I2 (cdtb: 4-Cyanodithiobenzoate)2019

    • 著者名/発表者名
      Moriyama Hayato、Otsubo Kazuya、Aoki Kentaro、Maesato Mitsuhiko、Sugimoto Kunihisa、Kitagawa Hiroshi
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 48 号: 9 ページ: 1035-1037

    • DOI

      10.1246/cl.190355

    • NAID

      130007703014

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Network-Selectivity, Magnetism, and Proton Conduction of 2-D and 3-D Metal-Organic Frameworks of the Constituents {P(CH2OH)4}+/MII (MnII, FeII, or CoII)/[CrIII(ox)3]3?2019

    • 著者名/発表者名
      Okawa Hisashi、Yoshida Yukihiro、Otsubo Kazuya、Kitagawa Hiroshi
    • 雑誌名

      Inorganic Chemistry

      巻: 59 号: 1 ページ: 623-628

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.9b02861

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Synthesis of a wavy MX-tube complex2022

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Otsubo、Hiroshi Kitagawa
    • 学会等名
      日本化学会第102春季年会2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] A platinum-dimer based metal-organic framework with a pre-installed protic cation for superprotonic conduction2021

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Otsubo、Shuya Nagayama、Kunihisa Sugimoto、Shogo Kawaguchi、Hiroshi Kitagawa
    • 学会等名
      錯体化学会第71回討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Size effect on spin-crossover behavior in 2D Hofmann-like metal-organic framework thin films2021

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Otsubo, Shun Sakaida, Shogo Kawaguchi, Hiroshi Kitagawa
    • 学会等名
      The 1st Asian Conference on Molecular Magnetism (ACMM)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A platinum-dimer based metal-organic framework having a pre-installed cationic guest for proton conduction2021

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Otsubo, Shuya Nagayama, Kunihisa Sugimoto, Shogo Kawaguchi, Hiroshi Kitagawa
    • 学会等名
      日本化学会第101春季年会2021
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 金属錯体ナノチューブの 疎水性空間における超プロトン伝導2020

    • 著者名/発表者名
      大坪 主弥、大竹 研一、北川 宏
    • 学会等名
      第69回高分子討論会2020
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Structural and Electronic Properties of MX-tube Complexes Dispersed in Organic Media2020

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Otsubo, Kunihisa Sugimoto, Hiroshi Kitagawa
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 超プロトン伝導性を示す 多孔性金属錯体ナノチューブの化学2019

    • 著者名/発表者名
      大坪 主弥
    • 学会等名
      第13回超分子若手懇談会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Coordination Nanomaterials Situated in Dimensional Crossover Region2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Otsubo
    • 学会等名
      Japan-Germany Bilateral Symposium on Surface-Attached Metal-Organic Framework
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 多孔性金属錯体ナノチューブの 疎水性空間における超プロトン伝導2019

    • 著者名/発表者名
      大坪 主弥
    • 学会等名
      第4回固体化学フォーラム研究会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Ice-Tube Formation and High Proton Conduction in Metal-Organic Nanotubes2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Otsubo
    • 学会等名
      Nanjing University-Kyoto University Bilateral Workshop: Functional Molecular Materials
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] ナノサイズの空間に閉じ込められた水が示す不思議な性質を実証 -高速で水素イオンを運ぶ水の状態を解明-

    • URL

      http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2019/200218_1.html

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-01-30  

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