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2019 年度 実施状況報告書

二次元配位高分子ナノ粒子の開発とドメインサイズによる構造ダイナミクス制御

研究課題

研究課題/領域番号 18K14245
研究機関九州大学

研究代表者

大谷 亮  九州大学, 理学研究院, 准教授 (30733729)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード配位高分子 / 熱膨張
研究実績の概要

金属イオンを有機配位子で架橋した無限骨格を持つ配位高分子は、柔軟な配位結合ネットワークに基づいた構造ダイナミクスを示し、ガスや熱、圧力などの外部刺激に対して特異な構造変化すなわち応答性を示す物質群である。本研究では、異方的な構造有する二次元シート型配位高分子[Mn(salen)]2[MnN(CN)4](1)に着目し、ナノ粒子化することでドメインサイズと配位結合強度が特に熱・圧力といった物理刺激応答性に与える影響について明らかにすることを目的としている。
その中で、1の類縁体として[Mn(salen)]2[ReN(CN)4](2)の合成に成功し、単結晶構造解析を行った。2はReとMnの原子半径の違いを反映し、二次元シートのジグザグピッチが大きくなった。それに伴って2つの結晶水を取り込むことで、シートのひずみが観測された。これは、1つの結晶水を含む1とは異なる構造特性である。更に、温度変化測定から熱膨張挙動を検討した。昇温による水の脱離に伴って、シートのひずみが解消し1と同型の構造へと変化した。また、1よりも大きな異方的熱膨張挙動を示した。これはジグザグピッチの大きさの違いを反映している。
更に、1と同様の方法で、2の粉末、ナノ粒子の作成を行い、温度変化粉末X線回折測定を行った。その結果、1と同様にナノ粒子の方が小さな熱膨張係数を持つことが分かった。C,H,N元素分析の結果からは粉末とナノ粒子における組成の違いは観測されなかったが、2に対して蛍光X線分析測定を行うと、ややMn:Re比率の違いがみられた。これは、元素分析の精度では明らかにできない組成の違い、すなわち欠陥の量の違いを示唆している可能性がある。現在、厳密な組成の決定と、特に水吸着測定からゲスト取り込みの違いについても検討している。

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

当初予定していなかった類縁体2の合成と熱膨張挙動の解明まで成功した。1と併せてメカニズム解析することで、粒子サイズと機械的特性に関する新しい知見が得られると期待できる。以上より、おおむね順調であると判断した。

今後の研究の推進方策

1と2において結晶水の数の違いが観測されたことから、熱膨張挙動だけではなく、水吸着特性ついて検討する。粉末、ナノ粒子両方の評価を行うことで、化学的刺激による構造柔軟性に関する知見を得る。

次年度使用額が生じた理由

新型コロナにより、年度末の出張予定が全て変更になったため若干の余りが生じた。2020年度には、論文化に向けた詰めの段階に入る予定であり、余剰分含めて適切に使用する予定である。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 6件、 査読あり 6件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] シドニー大学(オーストラリア)

    • 国名
      オーストラリア
    • 外国機関名
      シドニー大学
  • [雑誌論文] Homo- and Heterosolvent Modifications of Hofmann-Type Flexible Two-Dimensional Layers for Colossal Interlayer Thermal Expansions2019

    • 著者名/発表者名
      Ohtani Ryo、Yanagisawa Junichi、Matsunari Hiromu、Ohba Masaaki、Lindoy Leonard F.、Hayami Shinya
    • 雑誌名

      Inorganic Chemistry

      巻: 58 ページ: 12739~12747

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.9b01660

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Slow Magnetic Relaxation Triggered by a Structural Phase Transition in Long-Chain-Alkylated Cobalt(II) Single-Ion Magnets2019

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Fumiya、Ohtani Ryo、Nakamura Masaaki、Lindoy Leonard F.、Hayami Shinya
    • 雑誌名

      Inorganic Chemistry

      巻: 58 ページ: 7409~7415

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.9b00543

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Water‐Induced Breaking of the Coulombic Ordering in a?Room‐Temperature Ionic Liquid Metal Complex2019

    • 著者名/発表者名
      Hiraoka Tomoaki、Ohtani Ryo、Nakamura Masaaki、Lindoy Leonard F.、Hayami Shinya
    • 雑誌名

      Chemistry - A European Journal

      巻: 25 ページ: 7521~7525

    • DOI

      10.1002/chem.201900069

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Weak ferromagnetism derived from spin canting in an amido-bridged homochiral Mn(iii) 1-D coordination polymer2019

    • 著者名/発表者名
      Kusumoto Sotaro、Koga Atsushi、Kobayashi Fumiya、Ohtani Ryo、Kim Yang、Lindoy Leonard F.、Hayami Shinya、Nakamura Masaaki
    • 雑誌名

      Dalton Transactions

      巻: 48 ページ: 8617~8622

    • DOI

      10.1039/C9DT00593E

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Phosphorescence at Low Temperature by External Heavy‐Atom Effect in Zinc(II) Clusters2019

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Fumiya、Ohtani Ryo、Teraoka Saki、Yoshida Masaki、Kato Masako、Zhang Yingjie、Lindoy Leonard F.、Hayami Shinya、Nakamura Masaaki
    • 雑誌名

      Chemistry - A European Journal

      巻: 25 ページ: 5875~5879

    • DOI

      10.1002/chem.201900343

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Consecutive oxidative additions of iodine on undulating 2D coordination polymers: formation of I?Pt?I chains and inhomogeneous layers2019

    • 著者名/発表者名
      Ohtani Ryo、Yamamoto Riho、Ohtsu Hiroyoshi、Kawano Masaki、Pirillo Jenny、Hijikata Yuh、Sadakiyo Masaaki、Lindoy Leonard F.、Hayami Shinya
    • 雑誌名

      Dalton Transactions

      巻: 48 ページ: 7198~7202

    • DOI

      10.1039/c8dt04624g

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Melting of a 1D cyanide-bridged coordination polymer2019

    • 著者名/発表者名
      Ryo Ohtani
    • 学会等名
      7th Asian Conference on Coordination Chemistry (ACCC7) (Kuala Lumpur, Malaysia)
    • 国際学会
  • [学会発表] Ionic liquid metal complexes consisting of tetracyano-metalate units2019

    • 著者名/発表者名
      Ryo Ohtani
    • 学会等名
      第69回錯体化学討論会(名古屋大学・名古屋)
  • [学会発表] Control of structural distortions for polar materials2019

    • 著者名/発表者名
      Ryo Ohtani
    • 学会等名
      the Symposium of Functional Coordination Chemistry 2019 (Sun Yet-Sen university, Guangzhou, China)
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2021-01-27  

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