| 研究領域 | 水圏機能材料：環境に調和・応答するマテリアル構築学の創成 |
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| 研究課題/領域番号 |
20H05231
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
理工系
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| 研究機関 | 長崎大学 |
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研究代表者 |
堀内 新之介 長崎大学, 工学研究科, 助教 (50755915)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2021年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2020年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | 分子集合体 / 分子間相互作用 / 水素結合 / 結晶構造解析 / 細孔性結晶 / 水クラスター / 界面水 / 水チャネル / 水圏機能材料 / 光機能 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
地球上に豊富に存在する水を用いた機能性物質は，環境調和・開発持続性の観点から非常に魅力的な材料群である。水存在下で機能する機能性分子集合体の合理的な合成手法の確立とその性状を理解するためには，「分子としての水」の振る舞いと「集合体としての水」の振る舞いのそれぞれを理解することが重要となる。本研究では，申請者の超分子合成ストラテジーを利用することで，水の振る舞いによって異なる構造を持つ超分子複合体が得られることを実証し，その超分子構造に由来した特異な水の性質の解明と光機能の開拓を目指す。
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| 研究実績の概要 |
我々はこれまでに，レゾルシンアレーン・発光性金属錯体・水分子を組み合わせた分子集合体に関する研究を開拓してきた。令和2年度の研究で，水分子を溶媒として用いることで結晶性化合物を得られることを見出し，単結晶X線構造解析によって溶液中とは異なる集合構造を持つことを明らかにした。令和3年度では，得られた結晶性化合物の性質解明と結晶中に含まれる水の構造・性質解明を目指した。
得られた単結晶は溶媒で満たされた1次元細孔を有しており，単結晶を水に浸漬させると、結晶性を損なうことなく細孔内部の溶媒分子を全て水分子に置換することができた。溶媒置換後に単結晶X線構造解析を行ったところ，細孔に取り込まれた水分子の位置を確認でき，水分子は細孔界面近傍で5量体をメインとした水クラスター構造を形成していることを確認した。一方，細孔中央部の水分子はディスオーダーのため観測することはできなかった。すなわち細孔界面からの距離に応じて，水分子の運動性に大きな差があることが明らかにできた。
細孔内部に位置する水分子の赤外吸収スペクトルを測定するため，大型放射光施設SPring-8 BL43IRで測定を行なった。その結果，中間水・不凍水のような材料界面に存在する水分子と類似の波数領域にピークが観測された。これは，細孔内部は材料壁面に囲まれているため中間水・不凍水が多く含まれる，という予想と矛盾しない結果である。
本研究によって，これまででは困難であった材料界面近傍の水分子の構造解析に対して，原子レベルの分解能を持つ非常に強力な分析ツールを提供できた。引き続き，領域内外で共同研究を進め，この細孔性結晶と内部に含まれる水分子の構造と性質についての学術論文の採択を目指し，研究を進めていく予定である。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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