固液相転移を示す配位高分子結晶の理解と機能開拓

• 研究課題/領域番号: 26708006
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 無機化学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 堀毛 悟史 京都大学, 物質－細胞統合システム拠点, 准教授 (70552652)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 24,700千円 (直接経費: 19,000千円、間接経費: 5,700千円); 2015年度: 11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円); 2014年度: 13,000千円 (直接経費: 10,000千円、間接経費: 3,000千円)
• キーワード: 配位高分子 / 固液相転移 / イオン伝導 / ガラス / 錯体 / 相転移 / イオン液体 / ガス吸着

研究成果の概要

金属イオンと架橋性配位子からなる結晶を配位高分子、Coordination Polymer (CP)と呼び、ガス吸着材料や触媒等への検討が進んでいる。本研究ではCP結晶の融解、ガラス化、といった相転移の制御と機能制御について検討を行った。研究前半ではどのようなCPが結晶融解を示すかを系統的に調べた。研究後半では安定な液相を有するCPを利用したガラス化によるイオン伝導性の大幅な向上、あるいは液相中への分子ドープによるイオンスイッチ性材料の合成を行い、CP結晶の融解やガラス化現象により実現できる独自の機能設計を示した。

研究成果

• [国際共同研究] University of Milano Bicocca/Department of Materials Science(イタリア)
• [雑誌論文] Mechanical Alloying of Metal-Organic Frameworks (2017)
  • 著者名/発表者名: Tamas Panda, Satoshi Horike, Keisuke Hagi, Naoki Ogiwara, Kentaro Kadota, Tomoya Itakura, Masahiko Tsujimoto, Susumu Kitagawa
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 56 号: 9 ページ: 2413-2417
  • DOI: 10.1002/anie.201612587
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fast Conduction of Organic Cations in Metal Sulfate Frameworks (2016)
  • 著者名/発表者名: Naoki Ogiwara, Munehiro Inukai, Tomoya Itakura, Satoshi Horike, Susumu Kitagawa
  • 雑誌名: Chem. Mater. 巻: 28 号: 11 ページ: 3968-3975
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.6b01284
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Encapsulating Mobile Proton Carriers into Structural Defects in Coordination Polymer Crystals: High Anhydrous Proton Conduction and Fuel Cell Application (2016)
  • 著者名/発表者名: Munehiro Inukai, Satoshi Horike, Tomoya Itakura, Ryota Shinozaki, Naoki Ogiwara, Daiki Umeyama, Sanjog Nagarkar, Yusuke Nishiyama, Michal Malon, Akari Hayashi, Takashi Ohhara, Ryoji Kiyanagi, Susumu Kitagawa
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 138 号: 27 ページ: 8505-8511
  • DOI: 10.1021/jacs.6b03625
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recognition of 1,3-Butadiene by a Porous Coordination Polymer (2016)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Kishida, Yoshikuni Okumura, Yoshihiro Watanabe, Megumi Mukoyoshi, Silvia Bracco, Angiolina Comotti, Piero Sozzani, Satoshi Horike, Susumu Kitagawa
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 55 号: 44 ページ: 13784-13788
  • DOI: 10.1002/anie.201607676
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Freeze-drying synthesis of an amorphous Zn(2+) complex and its transformation to a 2-D coordination framework in the solid state (2016)
  • 著者名/発表者名: Itakura, T.; Horike, S.; Inukai, M.; Kitagawa, S.
  • 雑誌名: Dalton Trans. 巻: 45 号: 10 ページ: 4127-4131
  • DOI: 10.1039/c5dt03286e
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Glass Formation of a Coordination Polymer Crystal for Enhanced Proton Conductivity and Material Flexibility (2016)
  • 著者名/発表者名: Chen, W.; Horike, S.; Umeyama, D.; Ogiwara, N.; Itakura, T.; Tassel, C.; Goto, Y.; Kageyama, H.; Kitagawa, S.
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 55 号: 17 ページ: 5195-5200
  • DOI: 10.1002/anie.201600123
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Glass formation via structural fragmentation of a 2D coordination network (2015)
  • 著者名/発表者名: Umeyama, D.; Funnell, N. P.; Cliffe, M. J.; Hill, J. A.; Goodwin, A. L.; Hijikata, Y.; Itakura, T.; Okubo, T.; Horike, S.; Kitagawa, S.
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 51 号: 64 ページ: 12728-12731
  • DOI: 10.1039/c5cc04626b
  • NAID: 120005672584
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Formation of Foam-like Microstructural Carbon Material by Carbonization of Porous Coordination Polymers through a Ligand-Assisted Foaming Process (2015)
  • 著者名/発表者名: Kongpatpanich, K.; Horike, S.; Fujiwara, Y.; Ogiwara, N.; Nishihara, H.; Kitagawa, S.
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 21 号: 38 ページ: 13278-13283
  • DOI: 10.1002/chem.201501988
  • NAID: 120005672583
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Control of Molecular Rotor Rotational Frequencies in Porous Coordination Polymers Using a Solid-Solution Approach (2015)
  • 著者名/発表者名: Inukai, M.; Fukushima, T.; Hijikata, Y.; Ogiwara, N.; Horike, S.; Kitagawa, S.
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 137 号: 38 ページ: 12183-12186
  • DOI: 10.1021/jacs.5b05413
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 1.Reversible Solid-to-Liquid Phase Transition of Coordination Polymer Crystals (2015)
  • 著者名/発表者名: Daiki Umeyama, Satoshi Horike, Munehiro Inukai, Tomoya Itakura, Susumu Kitagawa
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 137 号: 2 ページ: 864-870
  • DOI: 10.1021/ja511019u
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synthesis of magnesium ZIF-8 from Mg(BH)2 (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Horike, K. Kadota, T. Itakura, M. Inukai, S. Kitagawa
  • 雑誌名: Dalton Trans. 巻: 44 号: 34 ページ: 15107-15110
  • DOI: 10.1039/c5dt01183c
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Control of Pore Distribution of Porous Carbons Derive From Mg2+ Porous Coordination Polymers (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Fujiwara, Satoshi Horike, Kanokwan Kongpatpanich, Takashi Sugiyama, Norio Tobori, Hirotomo Nishihara, Susumu Kitagawa
  • 雑誌名: Inorg. Chem. Front. 巻: 2 号: 5 ページ: 473-476
  • DOI: 10.1039/c5qi00019j
  • NAID: 120005712916
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Study on a 2D layer coordination framework showing order-to-disorder phase transition by ionothermal synthesis. (2015)
  • 著者名/発表者名: Wenqian Chen, Satoshi Horike, Munehiro Inukai, Susumu Kitagawa
  • 雑誌名: Polymer Journal 巻: 47 号: 2 ページ: 141-145
  • DOI: 10.1038/pj.2014.100
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pressure-induced Amorphization of a Dense Coordination Polymer and Its Impact on Proton Conductivity (2014)
  • 著者名/発表者名: Daiki Umeyama, Satoshi Horike, Cedric Tassel, Hiroshi Kageyama, Yuji Higo, Keisuke Hagi, Naoki Ogiwara, Susumu Kitagawa
  • 雑誌名: APL Materials 巻: 2 号: 12 ページ: 124401-124401
  • DOI: 10.1063/1.4898806
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Synthesis and Porous Properties of Chromium Azolate Porous Coordination Polymers (2014)
  • 著者名/発表者名: Kanokwan Kongpatpanich, Satoshi Horike, Masayuki Sugimoto, Tomohiro Fukushima, Daiki Umeyama, Yosuke Tsutsumi, Susumu Kitagawa
  • 雑誌名: Inorg. Chem. 巻: 53 号: 18 ページ: 9870-9875
  • DOI: 10.1021/ic501459m
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Template-Directed Proton Conduction Pathways in a Coordination Framework (2014)
  • 著者名/発表者名: Munehiro Inukai, Satoshi Horike, Wenqian Chen, Daiki Umeyama, Tomoya Itakura, Susumu Kitagawa
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. A 巻: 2 号: 27 ページ: 10404-10409
  • DOI: 10.1039/c4ta01261e
  • NAID: 120005651931
  • 査読あり
• [雑誌論文] Order-to-disorder structural transformation of a coordination polymer and its influence on proton conduction (2014)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Horike, Wenqian Chen, Tomoya Itakura, Munehiro Inukai, Daiki Umeyama, Hiroyuki Asakura, Susumu Kitagawa
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 50 号: 71 ページ: 10241-10243
  • DOI: 10.1039/c4cc04370g
  • NAID: 120005657898
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Design and Synthesis of Ion Conducting Materials for Energy Applications (2017)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Horike
  • 学会等名: iCeMS-VISTEC Joint Symposium
  • 発表場所: VISTEC, Wangchan, Rayong, Thailand
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 金属ー有機構造体（MOF）結晶の相変化と機能 (2017)
  • 著者名/発表者名: 堀毛悟史
  • 学会等名: Workshop on Materials Science under Ultra-high pressure
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 招待講演
• [学会発表] ガラス化された金属—有機構造体(MOF)の構造と機能 (2016)
  • 著者名/発表者名: 堀毛悟史
  • 学会等名: 7.第8回東北大学研究会「金属錯体の固体物性化学最前線ー金属錯体と固体物性物理と生物物性の連携新領域をめざして―」
  • 発表場所: 東北大学理学部
  • 年月日: 2016-02-21
  • 招待講演
• [学会発表] Design of Liquid/Glass States of Metal Organic Framework (MOF) for Ion Conductivity (2016)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Horike
  • 学会等名: The 3rd CMS International Symposium
  • 発表場所: 九州大学伊都キャンパス
  • 年月日: 2016-01-22
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular Motions in Metal Organic Framework for Solid State Ionics and Glass Chemistry (2016)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Horike
  • 学会等名: JSPS二国間交流事業オープンパートナーシップセミナー「日本ー台湾若手化学者のための環境・エネルギーセミナー」
  • 発表場所: 台湾高雄 国立中山大学
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Porous inorganic-organic hybrid solids for gas separation and fuel cell technologies (2016)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Horike
  • 学会等名: ISCA-Japan Workshop “Design and characterization of advanced materials”
  • 発表場所: アイルランド大使館
  • 招待講演
• [学会発表] Glass Formation of Coordination Framework for Anhydrous Proton Conductivity (2016)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Horike
  • 学会等名: Solid State Protonic Conductors-18
  • 発表場所: Soria Moria conference venue, Oslo, Norway
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Porous Coordination Polymers and Their Applications in Energy (2016)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Horike
  • 学会等名: 1st International Conference of Molecular Engineering of Polymers (MEP-2016)
  • 発表場所: Fudan University, China
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Solid State Ionics and Glass Science of Molecular-based Framework Materials (2016)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Horike
  • 学会等名: 東北大学WPI-AIMR Joint Seminar
  • 発表場所: 東北大学原子分子材料科学高等研究機構
  • 招待講演
• [学会発表] Disorder and Phase Control of MOFs for Anhydrous Proton Conductivity and Fuel Cell Application (2016)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Horike
  • 学会等名: 5th International Conference on MetalOrganic Frameworks & Open Framework Compounds
  • 発表場所: Long Beach, California
  • 国際学会
• [学会発表] Melting, and glassy MOFs with porosity and ion conductivity (2015)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Horike
  • 学会等名: Pacifichem 2015
  • 発表場所: ハワイ、ワイキキ
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 錯体化学、MOFから見たアモルファス―結晶相転移：バイオミネラル形成との関連 (2015)
  • 著者名/発表者名: 堀毛悟史
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 第28回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 2015-09-17
  • 招待講演
• [学会発表] Control of Disorder in Coordination Framework Crystals for Solid State Ionics (2015)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Horike
  • 学会等名: 8th International Conference on Materials for Advanced Technologies
  • 発表場所: シンガポール、SINTEC
  • 年月日: 2015-06-29
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ion Conductive Coordination Frameworks: Their Ion Transport Mechanism and Application (2015)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Horike
  • 学会等名: 日本化学会第95回春季年会
  • 発表場所: 日本大学
  • 年月日: 2015-03-27
  • 招待講演
• [学会発表] Gas Separation and Ion Transport of Porous Coordination Polymers (2015)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Horike
  • 学会等名: 249th ACS National Meeting & Exposition
  • 発表場所: アメリカ、デンバー
  • 年月日: 2015-03-22
  • 招待講演
• [学会発表] Melting MOFs: Their Dynamics and Ionic Transport (2014)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Horike
  • 学会等名: 4th International Conference on Metal-Organic Frameworks and Open Framework Compounds
  • 発表場所: 神戸国際会議場
  • 年月日: 2014-09-30
  • 招待講演
• [学会発表] Movable Ions in Coordination Frameworks - Crystal and Amorphous Views (2014)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Horike
  • 学会等名: 錯体化学第64回討論会
  • 発表場所: 中央大学
  • 年月日: 2014-09-18
  • 招待講演
• [学会発表] Protonic Molecular Motions in Coordination Frameworks (2014)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Horike
  • 学会等名: Solid State Protonic Conductors - 17
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 年月日: 2014-09-15
  • 招待講演
• [学会発表] Design of Soft Coordination Frameworks for Ion Conducting Material (2014)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Horike
  • 学会等名: International Union of Materials Research Societies- The IUMRS International Conference in Asia 2014
  • 発表場所: 福岡大学
  • 年月日: 2014-08-27
  • 招待講演
• [図書] ナノ空間材料 (2015)
  • 著者名/発表者名: 堀毛悟史
  • 総ページ数: 13
  • 出版者: 株式会社エヌ・ティー・エス