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2014 年度 実績報告書

魔法数金クラスターの高機能化に基づく安定かつ高機能なナノ物質の新規創製法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 25288009
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, 准教授 (20332182)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワードチオラート保護金クラスター / 魔法数金クラスター / 異原子置換効果 / 安定性 / 3金属元素化
研究実績の概要

チオラート保護Au25クラスター(Au25(SR)18)は、極めて安定なクラスターであり、さらに、フォトルミネッセンス、レドックス挙動、光学活性、触媒活性などのバルク金とは異なる物理的/化学的性質を示すことから、新規機能性ナノ物質として大きな注目を集めている。これらのクラスターにおける異原子置換効果を解明することは、これらの高機能化に基づく新たな物理的/化学的性質を有する金属クラスターの創製という観点から非常に興味深い。本年度は、Au25(SR)18を2種類の異種元素にて置換した、チオラート保護3種金属Au24-nCunPdクラスターにおける置換効果について研究を行った。 Au24-nCunPd(SC12H25)18は、同時還元法により合成した。複数の構造解析より、生成物中に3種類の金属元素からなるAu24-nCunPd(SC12H25)18が含まれていることが確認された。こうしたチオラート保護3種金属25原子クラスターの合成については、我々の知る限り、これが初めての報告である。得られたクラスターを対象に、Au24-nCunPd(SC12H25)18におけるPd置換効果について検討を行った。その結果、2個までのCuが含まれるAu24-nCunPd(SC12H25)18 (n = 1,2)については、Pdの存在により、クラスターは安定性を向上させることが明らかになった。一方、こうした3金属元素化は、含有Cu数に応じて異なる影響を与え、とりわけCuを5個以上含むクラスターに対しては、逆にクラスター生成を困難にすることも明らかになった。Au25(SR)18の異原子置換効果の解明は、それらの高機能化手段の確立に繋がると期待される。本研究より得られた知見も、Au25(SR)18への新たな物理的/化学的性質の付与において一つの設計指針になり得ると期待する。

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

本課題研究では、チオラート保護金属クラスターの高機能化手段確立を目的としている。本年度は、異原子に置換効果について研究を行い、3種金属25原子クラスターの合成に初めて成功し、それらクラスターにおける異原子置換効果を明らかにすることに成功した。得られた知見は、Au25(SR)18への新たな物理的/化学的性質の付与において一つの設計指針になり得ると期待される。このことから、現在までの達成度を「おおむね順調に進展している」と自己評価した。

今後の研究の推進方策

金ナノクラスターは生体物質の官能基を特定する生体診断粒子として期待されている。こうした粒子として使用する為には、配位子に生体物質と結合性の良いペプチドを使用することが必要となるが、ペプチドチオラートに保護されたクラスターは、クラスター同士の間でも凝集を起こしてしまうことが明らかにされている。次年度研究においては、ペプチドチオラートを限られた数だけ含むクラスターを精密に合成することで、一分子で生体診断粒子となりうるナノ物質を創製する。具体的には、まず凝集を起こさないチオラート(疎水性チオラート)で保護されたAu25(SR)18を合成した後、配位子交換反応により一部のチオラートをペプチドチオラートに置き換える。合成したAu25(SR)18-n(SRpep.)nの水への溶解度や、生体物質との結合性、及びクラスター同士の凝集性を評価する。これらの実験を行うことで、粒子像イメージングや蛍光イメージングにより生体物質中の官能基の位置を特定できる、生体診断粒子として働くナノ物質を創製する。

次年度使用額が生じた理由

次年度の研究内容を考慮すると、配分額よりも物品費に多額の金額がかかることが予想されるため、一部の物品費を次年度に繰り越した。

次年度使用額の使用計画

繰り越した物品費は次年度の試薬購入代に充てる。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 6件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (8件) (うち招待講演 6件)

  • [雑誌論文] A Critical Size for Emergence of Nonbulk Electronic and Geometric Structures in Dodecanethiolate-Protected Au Clusters2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Negishi, T. Nakazaki, S. Malola, S. Takano, Y. Niihori, W. Kurashige, S. Yamazoe, T. Tsukuda, H. Hakkinen
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc

      巻: 137 ページ: 1206-1212

    • DOI

      10.1021/ja5109968

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Controlled Loading of Small Aun Clusters (n =10-39) onto BaLa4Ti4O15 Photocatalysts: Toward an Understanding of Size Effect of Co-Catalyst on Water Splitting Photocatalytic Activity2015

    • 著者名/発表者名
      Negishi, Y.; Matsuura, Y.; Tomizawa, R.; Kurashige, W.; Niihori, Y.; Takayama, T.; Iwase, A.; Kudo. A
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. C

      巻: 119 ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1021/jp5122432

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Au25 Clusters Containing Unoxidized Tellurolates in the Ligand Shell2014

    • 著者名/発表者名
      Kurashige, W.; Yamazoe, S.; Yamaguchi, M.; Nishido, K.; Nobusada, K.; Tsukuda, T.; Negishi, Y
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. Lett.

      巻: 5 ページ: 2072-2076

    • DOI

      10.1021/jz500901f

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Advanced Use of High-Performance Liquid Chromatography for Synthesis of Controlled Metal Clusters2014

    • 著者名/発表者名
      Niihori, Y.; Matsuzaki, M.; Uchida, C.; Negishi. Y
    • 雑誌名

      Nanoscale

      巻: 6 ページ: 7889-7896

    • DOI

      10.1039/C4NR01144A

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Air-Processed Inverted Organic Solar Cells Utilizing a 2-Aminoethanol-Stabilized ZnO Nanoparticle Electron Transport Layer That Requires No Thermal Annealing2014

    • 著者名/発表者名
      Jeon, Il.; Ryan, J. W.; Nakazaki, T.; Yeo, K. S.; Negishi, Y.; Matsuo, Y
    • 雑誌名

      J. Mater. Chem. A

      巻: 2 ページ: 18754-18760

    • DOI

      10.1039/C4TA04595E

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The Preferential Location of Coinage Metal Dopants (M = Ag or Cu) in [Au25-xMx(SC2H4Ph)18]- (x~1) as Determined by EXAFS and DFT Calculations2014

    • 著者名/発表者名
      Yamazoe, S.; Kurashige, W.; Nobusada, K.; Negishi, Y.; Tsukuda, T
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. C

      巻: 118 ページ: 25284-25290

    • DOI

      10.1021/jp5085372

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Recent Progress in the Functionalization Methods of Thiolate-Protected Gold Clusters2014

    • 著者名/発表者名
      Kurashige, W.; Niihori, Y.; Sharma, S.; Negishi, Y
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. Lett.

      巻: 5 ページ: 4134-4142

    • DOI

      10.1021/jz501941p

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 機能性ナノ物質の創製とそのエネルギー・環境材料への活用2015

    • 著者名/発表者名
      根岸雄一
    • 学会等名
      高分子学会千葉地区活動若手セミナー
    • 発表場所
      千葉大学西千葉キャンパス
    • 年月日
      2015-03-09
    • 招待講演
  • [学会発表] 機能性ナノ物質の創製とそのエネルギー・環境材料への活用2015

    • 著者名/発表者名
      根岸雄一
    • 学会等名
      北海道大学マテリアルセミナー
    • 発表場所
      北海道大学工学部
    • 年月日
      2015-02-06
    • 招待講演
  • [学会発表] Functionalization of Magic Gold Clusters2014

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Negishi
    • 学会等名
      8th JSPS Asian CORE Program on Frontiers of Photo-, Materials, and Theoretical Molecular Science
    • 発表場所
      Tianjin (China)
    • 年月日
      2014-12-10 – 2014-12-14
    • 招待講演
  • [学会発表] High-Resolution Separation of Thiolate-Protected Gold Clustersd2014

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Negishi
    • 学会等名
      18th Malaysian International Chemical Congress (18MCC) 2014
    • 発表場所
      Kuaka Lumpur (Malaysia)
    • 年月日
      2014-11-03 – 2014-11-05
    • 招待講演
  • [学会発表] 高機能金属クラスターの精密合成2014

    • 著者名/発表者名
      根岸雄一
    • 学会等名
      第63回高分子討論会
    • 発表場所
      長崎大学文教キャンパス
    • 年月日
      2014-09-24 – 2014-09-26
    • 招待講演
  • [学会発表] 活性部位の原子レベル厳密組成制御に基づく水分解光触媒の高活性化2014

    • 著者名/発表者名
      根岸雄一、松浦良樹、富澤亮太、御纏真実子、梶野しほり、照井琢王、石井大樹、高山大鑑、岩瀬顕秀、工藤昭彦
    • 学会等名
      第8回分子科学討論会
    • 発表場所
      広島大学東広島キャンパス
    • 年月日
      2014-09-21 – 2014-09-24
  • [学会発表] Toward the Creation of Functionalized Metal Nanoclusters and Highly Active Photocatalytic Materials Using Thiolate-Protected Magic Gold Clusters2014

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Negishi
    • 学会等名
      International Symposium on Small Particles and Inorganic Clusters (ISSPIC XVII)
    • 発表場所
      Centennial Hall Kyushu University School of Medicine
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-12
  • [学会発表] 魔法数金クラスターの高機能化に基づく安定かつ高機能ナノ物質の新規創製法の開発2014

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Negishi
    • 学会等名
      International Symposium on Polymeric Materials Based on Element-Blocks
    • 発表場所
      Kyoto Institute of Technology
    • 年月日
      2014-05-31
    • 招待講演

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公開日: 2016-06-01  

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