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2022 年度 実施状況報告書

光により合成と結晶化を制御できる金属ナノクラスター連結体の創出とその物性解明

研究課題

研究課題/領域番号 22K19012
研究機関東京理科大学

研究代表者

根岸 雄一  東京理科大学, 理学部第一部応用化学科, 教授 (20332182)

研究期間 (年度) 2022-06-30 – 2024-03-31
キーワード金属クラスター / 光刺激応答 / スルホネート / 銀
研究実績の概要

光により、配位子合成を制御することで、金属クラスターの合成を制御することを目指した。金属コアの基盤元素としては、発光特性に着目し、銀(Ag)を選んだ。Agは、チオラート(RS)やスルフォネート(RSO3)30などの配位子と結合性が良いことが知られている。これらの配位子の中で、RSO3-は、銅(Cu)の2価イオンとRSHから合成することができ、またその反応においては光が必要となる。そこで、本研究では、光によりRSO3-の合成を制御することで、Agを基盤元素とする合金クラスターの合成制御に取り組んだ。実験では、まずAg塩とCu塩をアセトンとアセトニトリルからなる混合溶媒に溶解させた。この溶液に、蛍光灯照射下にて、tert-butylthiol(tBuSH)を加えた。こうした条件下では、次の反応が並行して生じると予想される;1)tBuSHもしくは光による金属塩の還元とそれによる合金クラスターの形成; 2)RSO3-の生成; 3)合金クラスター表面へのtBuSとRSO3の配位。こうした反応と並行して、溶媒を少しずつ蒸発させることにより、生成した合金クラスターの結晶化も促進させた(slow evaporation method)。蛍光灯での一週間の光照射後、溶液中に赤色結晶が析出した。単結晶X線構造解析より、主生成物は、Ag54S15(tBuS)20(tBuSO3)12の化学組成を有していることが分かった。このことは、生成物には、RSO3が配位子として含まれていることを示している。こうして得られた生成物には、tBuSとtBuSO3以外に、tBuSHより生成したと推測されるスルフォネート(S)も含まれていた。これらの元素及び配位子の含有は、エレクトロスプレーイオン化質量分析、X線光電子分光、赤外吸収分光、及び核磁気共鳴分光からも確認された。

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

期待通り、光により新たな金属クラスターを合成することに成功したため、順調に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

得られた金属クラスター結晶の電気伝導性と発光特性を解明する。電気伝導性は、超高真空クライオ四探針電気伝導測定技術と粒界・ドメイン界による電子散乱を抑制可能な電極アレー作製技術を駆使することで明らかにする。こうした方法を用いると、伝導機構を明らかにすることも可能である。発光特性に関しては、各温度での量子収率と蛍光寿命を中心に解明に取り組む。この測定に際しては、既に共同研究を開始している、リヨン触媒環境研究所・Aude Demmesence博士(研究協力者)の協力を受ける。得られた結果をもとに、望みの電気伝導性もしくは/及び発光特性を有する金属NCs結晶を得る手段を確立する。

次年度使用額が生じた理由

次年度実施予定の光励起性蛍光分光の研究において、装置の改良が必要となったため、一部の研究費を次年度に繰り越した。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Atomically Precise Thiolate-Protected Gold Nanoclusters: Current Status of Designability of the Structure and Physicochemical Properties2023

    • 著者名/発表者名
      S. Hossain, D. Hirayama, A. Ikeda, M. Ishimi, S. Funaki, A. Samanta, T. Kawawaki, Y. Negishi
    • 雑誌名

      Aggregate

      巻: 4 ページ: e255

    • DOI

      10.1002/agt2.255

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Vertex-Shared Linear Superatomic Molecules: Stepping Stones to Novel Materials Composed of Noble Metal Clusters2023

    • 著者名/発表者名
      Y. Niihori, S. Miyajima, A. Ikeda, T. Kosaka, Y. Negishi
    • 雑誌名

      Small Sci.

      巻: 3 ページ: 2370009

    • DOI

      10.1002/smsc.202300024

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Key Factors for Connecting Silver-based Icosahedral Superatoms by Vertex Sharing2023

    • 著者名/発表者名
      S. Miyajima, S. Hossain, A. Ikeda, T. Kosaka, T. Kawawaki, Y. Niihori, T. Iwasa, T. Taketsugu, Y. Negish
    • 雑誌名

      Commun. Chem.

      巻: 6 ページ: 57

    • DOI

      10.1038/s42004-023-00854-0

  • [雑誌論文] Metal-nanocluster Science and Technology: My Personal History and Outlook2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Negishi
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys

      巻: 24 ページ: 7569-7594

    • DOI

      10.1039/D1CP05689A

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 新規スルフォネート保護銀クラスターの合成とその高い発光特性の起源解明2023

    • 著者名/発表者名
      秋山葵 中本真奈 石見麻衣 Sakiat Hossain 新堀佳紀 川脇徳久 緒方大二 Pei Zhao 湯浅順平 江原正博 根岸雄一
    • 学会等名
      物質科学&デバイス物理研究会(兼ナノカーボン成果報告会)
  • [学会発表] 異種アニオンを鋳型とした銀ナノクラスターの幾何/電子構造の比較2022

    • 著者名/発表者名
      石見麻衣 堀田佑介 瀬良美佑 Sakiat Hossain 川脇徳久 Pei Zhao 江原正博 根岸雄一
    • 学会等名
      界面科学研究部門 2022 夏季シンポジウム
  • [学会発表] 高い発光特性を有するスルフォネート保護銀クラスターの合成と発光起源の解明2022

    • 著者名/発表者名
      中本真奈 石見麻衣 秋山葵 Sakiat Hossain 新堀佳紀 川脇徳久 緒方大二 Pei Zhao 江原正博 湯浅順平 根岸雄一
    • 学会等名
      第16回分子科学討論会
  • [学会発表] アニオン内包銀ナノクラスターの電荷状態が幾何・電子構造に与える影響の解明2022

    • 著者名/発表者名
      堀田佑介 石見麻衣 瀬良美佑 Sakiat Hossain 川脇徳久 Pei Zhao 江原正博 根岸雄一
    • 学会等名
      第16回分子科学討論会
  • [学会発表] アニオン鋳型銀ナノクラスターにおける幾何/電子構造の相違2022

    • 著者名/発表者名
      石見麻衣 堀田佑介 瀬良美佑 Sakiat Hossain 川脇徳久 Pei Zhao 江原正博 根岸雄一
    • 学会等名
      第72回錯体化学会討論会
  • [学会発表] 中心アニオンに起因した銀ナノクラスターの幾何/電子構造に関する比較2022

    • 著者名/発表者名
      石見麻衣 堀田佑介 瀬良美佑 Sakiat Hossain 川脇徳久 Pei Zhao 江原正博 根岸雄一
    • 学会等名
      第12回CSJ化学フェスタ
  • [学会発表] The Addition of Extra Atom in High Nueclear Silver Cluster and Its Impact on Photoluminescence2022

    • 著者名/発表者名
      中本真奈 石見麻衣 秋山葵 Sakiat Hossain 新堀佳紀 川脇徳久 緒方大二 Pei Zhao 湯浅順平 江原正博 根岸雄一
    • 学会等名
      ICPAC KK 2022, Kota Kinabalu
    • 国際学会
  • [学会発表] 異なる中心アニオンを有する銀ナノクラスターの合成と物性への影響の解明2022

    • 著者名/発表者名
      堀田佑介 石見麻衣 瀬良美佑 Sakiat Hossain 川脇徳久 Pei Zhao 江原正博 根岸雄一
    • 学会等名
      第32回日本MRS年次大会
  • [学会発表] 高核性銀ナノクラスターにおける一原子付加が発光特性に与える影響の解明2022

    • 著者名/発表者名
      中本真奈 石見麻衣 秋山葵 Sakiat Hossain 新堀佳紀 川脇徳久 緒方大二 Pei Zhao 湯浅順平 江原正博 根岸雄一
    • 学会等名
      第32回日本MRS年次大会

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公開日: 2023-12-25  

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