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2012 年度 実績報告書

有機分子制御型無機結晶の合成と融合機能の開拓

計画研究

研究領域融合マテリアル:分子制御による材料創成と機能開拓
研究課題/領域番号 22107010
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

今井 宏明  慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (70255595)

研究期間 (年度) 2010-04-01 – 2015-03-31
キーワード融合マテリアル / 分子制御プロセス / メソクリスタル / バイオミネラル / 結晶成長 / 高分子合成 / リチウムイオン二次電池 / 生体材料
研究実績の概要

本研究では、バイオミネラル類似の有機介在型階層的無機結晶(=メソクリスタル)を多様な物質系において創出し、最適な構造化によって無機結晶や有機分子の単独では得られない自然調和型・動的融合機能の発現を目指している。平成24年度では、(i) バイオミネラル類似メソクリスタルを前駆体としたリチウムイオン二次電池電極材料の高性能化、(ii) メソクリスタル構造を利用した高分子合成、(iii) 酸化鉄メソクリスタルの合成と機能開拓、(iv) 酸化亜鉛ナノロッドメソクリスタルとポリピロールの融合による光応答性材料の創製、(v) エナメル質に類似したヒドロキシナノロッド配向集積体の作製の5テーマについて成果が得られている。
テーマ(i)においては、バイオミネラル類似構造の炭酸塩を前駆体として、様々なマンガン酸リチウムメソクリスタルを合成し、その構造と電気化学特性を調査し、電極材料のナノ構造と劣化の少ない優れた電池特性との関連性を検討した。テーマ(ii)では、メソクリスタル構造に存在するナノ空間を利用することで有機高分子が合成できることを見出し、様々な形態や無機・有機高分子の組み合わせに有効であることを示した。テーマ(iii)では、鉄酸化細菌を模倣して合成した酸化鉄が、リビングカチオン重合の触媒として優れた活性を発揮すること、有機分子の吸着剤やリチウムイオン二次電池電極材料としても優れた特性を示すことを明らかとした。テーマ(iv)では、c軸方向に伸長した酸化亜鉛ロッド状結晶をユニットとしたメソクリスタルにポリピロールを融合し、極めて高い光応答性を実現した。テーマ(v)では、ヒドロキシアパタイトのナノロッドが配向したメソクリスタル構造の作製に成功し、得られたメソクリスタル構造が、エナメル質と同レベルのヤング率を持ち、機械的特性を任意にコントロールできる可能を示した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

これまでに、炭酸塩・リン酸塩・酸化物等の多様なメソクリスタル構造の合成に成功し、現状において、メソクリスタルの合成における有機分子制御や前駆体を利用する方法論を確立しつつある。また、それらの機能開拓についても、高分子合成・二次電池電極・触媒・光触媒・光応答材料・生体材料などの多岐にわたって、構造に由来する独自な物性が見出されている。したがって、合成面および機能開拓面のそれぞれにおいて順調に研究が進められていると判断される。

今後の研究の推進方策

平成23年度までは、主に単独研究でメソクリスタルの合成と機能評価をおこなってきたが、平成24年度より新学術領域のメンバーとの共同研究を進展させ、メソクリスタルへの機能分子の融合を行うとともに、機能性の解析にも高度な知見を加えることが可能となった。今後は、より新規な融合機能の開拓を目指し、有機合成、薄膜合成等の専門家との連携を強化するとともに、電子・デバイス技術や結晶成長の観察技術の専門家の密接な協力体制を構築する。

  • 研究成果

    (23件)

すべて 2013 2012

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 10件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (12件) (うち招待講演 4件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Synthesis of Li-Mn-O Mesocrystals with Controlled Crystal Phases through Topotactic Transformation of MnCO32013

    • 著者名/発表者名
      Feng Dang, Tatsuhiko Hoshino, Yuya Oaki, Eiji Hosono, Haoshen Zhou, and Hiroaki Imai
    • 雑誌名

      Nanoscale

      巻: 5 ページ: 2352-2357

    • DOI

      10.1039/C3NR33767G

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Artificial peptides binding to the c face of hydroxyapatite obtained by molecular display2013

    • 著者名/発表者名
      Shohei Ono, Toru Tsuji, Yuya Oaki, and Hiroaki Imai
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 3 ページ: 1885-1889

    • DOI

      10.1039/C2RA22382A

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Formation of Nanostructured MnO/Co/Solid#8211;Electrolyte Interphase Ternary Composites as a Durable Anode Material for Lithium-Ion Batteries2013

    • 著者名/発表者名
      Feng Dang, Yuya Oaki, Takao Kokubu, Eiji Hosono, Haoshen Zhou, and Hiroaki Imai
    • 雑誌名

      Chemistry-An Asian Journal

      巻: 8 ページ: 760-764

    • DOI

      10.1002/asia.201201109

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Low-temperature syntheses of cubic BaTiO3 nanoparticles in highly basic aqueous solution2013

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Kageyama, Yuya Oaki, Yoko Takezawa, Toshimasa Suzuki and Hiroaki Imai
    • 雑誌名

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      巻: 121 ページ: 388-392

    • 査読あり
  • [雑誌論文] ZnO nano-rectangular framework-like structure from zinc hydroxide acetate plates2012

    • 著者名/発表者名
      Eiji Hosono, Takashi Tokunaga, Shintaro Ueno, Yuya Oaki, Hiroaki Imai, Haoshen Zhou, and Sinobu Fujihara,
    • 雑誌名

      Journal of the Ceramics Society of Japan

      巻: 120 ページ: 171-174

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystal-Growth Process of Single-Crystal-like Mesoporous ZnO through a Competitive Reaction in Solution2012

    • 著者名/発表者名
      Eiji Hosono, Takashi Tokunaga, Shintaro Ueno, Yuya Oaki, Hiroaki Imai, Haoshen Zhou, and Sinobu Fujihara
    • 雑誌名

      Crystal Growth Design

      巻: 12 ページ: 2923-2931

    • DOI

      10.1021/cg300116h

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spontaneous Formation of Sinuous and Wavy Micropatterns with Helical Growth of CuSO4#8226;5H2O in Polymer Matrix2012

    • 著者名/発表者名
      Ryuta Ise, Yuya Oaki, and Hiroaki Imai,
    • 雑誌名

      Crystal Growth Design

      巻: 12 ページ: 4397-4402

    • DOI

      10.1021/cg300565e

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Twisted growth of organic crystal in a polymer matrix: sigmoidal and helical morphologies of pyrene2012

    • 著者名/発表者名
      Soichiro Ibe, Ryuta Ise, Yuya Oaki, and Hiroaki Imai
    • 雑誌名

      CrystEngComm

      巻: 14 ページ: 7444-7449

    • DOI

      10.1039/C2CE26079D

    • 査読あり
  • [雑誌論文] バイオミネラリゼーションにならう無機結晶の合成―分子制御による構造構築―2012

    • 著者名/発表者名
      今井宏明,緒明佑哉
    • 雑誌名

      高分子

      巻: 62 ページ: 79-81

    • 査読あり
  • [雑誌論文] バイオミネラリゼーションにならう酸化物合成プロセス2012

    • 著者名/発表者名
      今井宏明,緒明佑哉
    • 雑誌名

      機能材料

      巻: 32 ページ: 48-55

    • 査読あり
  • [学会発表] メソクリスタルのエネルギー材料への応用2013

    • 著者名/発表者名
      今井宏明,緒明佑哉
    • 学会等名
      日本化学会第93春季年会
    • 発表場所
      滋賀
    • 年月日
      2013-03-24 – 2013-03-24
    • 招待講演
  • [学会発表] Mn3O4矩形ナノブロックの合成とマイクロスケール集積体の作製2013

    • 著者名/発表者名
      中川義隆,景山宏之,緒明佑哉,今井宏明
    • 学会等名
      日本セラミックス協会 2013年 年会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2013-03-19 – 2013-03-19
  • [学会発表] 高結晶アナターゼ型チタニアナノ粒子の液相合成におけるイオン液体の効果2013

    • 著者名/発表者名
      鈴木綾美,山口日出樹,景山宏之,緒明佑哉,今井宏明
    • 学会等名
      日本セラミックス協会 2013年 年会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2013-03-19 – 2013-03-19
  • [学会発表] Microbial-Mineralization-Inspired Syntheses of Nanostructured Iron Oxides and Manganese Oxides with Controlled Crystal Phases2013

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Imai
    • 学会等名
      The 3rd International Solvothermal Hydrothermal Association Conference
    • 発表場所
      Austin, Texas, USA
    • 年月日
      2013-01-13 – 2013-01-17
    • 招待講演
  • [学会発表] ホネガイの貝殻における階層性と交差板構造の解析2012

    • 著者名/発表者名
      寺﨑龍之祐,緒明佑哉,今井宏明
    • 学会等名
      第7回バイオミネラリゼーションワークショップ
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2012-12-01 – 2012-12-01
  • [学会発表] バイオミネラルにならうメソクリスタルの形成と機能開拓2012

    • 著者名/発表者名
      今井宏明
    • 学会等名
      第4回ソフトインターフェースの分子科学 ミニシンポジウム
    • 発表場所
      姫路
    • 年月日
      2012-11-28 – 2012-11-28
    • 招待講演
  • [学会発表] 二次元樹枝状結晶における湾曲成長の制御と解析2012

    • 著者名/発表者名
      徳富大治郎,伊勢隆太,緒明佑哉,今井宏明
    • 学会等名
      第42回結晶成長国内会議(NCCG -42)
    • 発表場所
      福岡
    • 年月日
      2012-11-09 – 2012-11-09
  • [学会発表] ニクロム酸カリウムのねじれ成長先端における蛇行と振動現象2012

    • 著者名/発表者名
      茨城俊介,伊勢隆太,緒明佑哉,今井宏明
    • 学会等名
      第42回結晶成長国内会議(NCCG -42)
    • 発表場所
      福岡
    • 年月日
      2012-11-09 – 2012-11-09
  • [学会発表] トポタクティックな変換を利用したメソクリスタルLiCoO2の合成と電気化学特性評価2012

    • 著者名/発表者名
      中島啓輔,緒明佑哉,今井宏明
    • 学会等名
      日本セラミックス協会 第25回秋季シンポジウム
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2012-09-20 – 2012-09-20
  • [学会発表] 室温の水溶液プロセスによる酸化銅薄膜の酸化状態と形態の制御2012

    • 著者名/発表者名
      池田達也,緒明佑哉,今井宏明
    • 学会等名
      日本セラミックス協会 第25回秋季シンポジウム
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2012-09-20 – 2012-09-20
  • [学会発表] 炭酸カルシウム/温度応答性高分子複合マイクロ粒子の作製とその特性評価2012

    • 著者名/発表者名
      井上敦晴,緒明佑哉,今井宏明
    • 学会等名
      第61回高分子討論会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2012-09-19 – 2012-09-19
  • [学会発表] Mesocrystal Structures of Biological and Biomimetic Minerals: Building Unit for Complex Architectures and Host for Organic Molecules and Inorganic Ions2012

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Imai and Yuya Oaki
    • 学会等名
      2012MRS Spring Meeting Exhibit
    • 発表場所
      San Francisco, California, USA
    • 年月日
      2012-04-09 – 2012-04-13
    • 招待講演
  • [図書] Nanoscience Volume 1:Nanostructures through Chemistry2013

    • 著者名/発表者名
      Yuya Oaki and Hiroaki Imai
    • 総ページ数
      1-28
    • 出版者
      The Royal Society of Chemistry

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公開日: 2018-02-02  

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