機能性ナノ構造体の界面配位合成と化学素子の創製

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26220801
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 西原 寛 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (70156090)
• 研究分担者: 山野井 慶徳 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (20342636) ; 鞆 達也 東京理科大学, 理学部第一部教養学科, 教授 (60300886) ; 中里 和郎 名古屋大学, 低温プラズマ科学研究センター, 研究員 (90377804) ; 草本 哲郎 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (90585192)
• 研究期間 (年度): 2014-05-30 – 2019-03-31
• キーワード: 分子ワイヤ / 二次元錯体 / バイオ共役マテリアル / 配位ナノシート / 発光ラジカル / 一次元錯体

研究実績の概要

新規機能性ナノ構造体の研究として、配位プログラミングの概念に基づき、一次元錯体分子ワイヤの作製とレドックス伝導や光伝導、生体光合成コンポーネントPSI, PSIIと人工分子のハイブリッド系からなる光機能素子の開発、二相界面錯形成反応で生成する機能性配位二次元ナノシートの新規構造体の作製、構造・物性解明、ならびに光電変換素子、エレクトロクロミック素子、電気化学触媒、二次電池正極材料への応用、および新しいコンセプトでの光・電子・磁気機能を示す分子群の創出を行った。
具体的には、以下の4点が当該年度の主たる研究成果である。(1) ビス（ジピリナト）亜鉛錯体を適切なヘテロレプティックな構造にすると、発光量子収率が向上することを見出した。この現象を活用し、ヘテロレプティックな構造を導入した単一ポリマーワイヤの合成を行い、その発光特性とヘテロ構造の導入率との関係を明らかにした。(2) 金属錯体を触媒とする二相界面での二次元物質合成法の開発を行い、結晶性グラフィジインおよびクリックナノシートを作製した。(3) グラフェンゲートFETとPSIおよび金ナノ粒子との組み合わせによる新しい構造のフォトセンサの作製に成功した。この際に、界面活性剤の添加による高感度化を実現した。(4) bisPyTMとCu(II)イオンからなる一次元鎖錯体において、Cu(II)のJahn-Teller歪みと軌道自由度がカップルした結果、スピンの再配置とpi電子系の変化を伴うユニークな物性を示すことを見出した。また、発光ラジカルPyBTMをドープした分子結晶において、0.05wt%ドープ結晶が室温で高効率で発光すること、また10wt%ドープ結晶が低温において印加磁場に応答する発光を示すことを見出した。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] High-energy, Long-cycle-life Secondary Battery with Electrochemically Pre-doped Silicon Anode (2020)
  • 著者名/発表者名: Y. Wang, M. Satoh, M. Arao, M. Matsumoto, H. Imai, H. Nishihara
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: 3208
  • DOI: 10.1038/s41598-020-59913-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Solution-processed organometallic quasi-two-dimensional nanosheets as hole buffer layer for organic light-emitting devices (2020)
  • 著者名/発表者名: S. Liu, Y.-C. Wang, C.-M. Chang, T. Yasuda, N. Fukui, H. Maeda, P. Long, K. Nakazato, W.-B. Jian, W. Xie, K. Tsukagoshi, H. Nishihara
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 12 ページ: 6983-6990
  • DOI: 10.1039/d0nr00240b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Construction of Bis(2,6-bis(1-methylbenzimidazol-2-yl)pyridine)iron(II) Coordina-tion Polymer for Incorporation of Magnetic Function (2020)
  • 著者名/発表者名: H. Maeda, A. Bajpayee, T. Kusamoto, H. Nishihara
  • 雑誌名: J. Inorg. Organomet. Polym. Mater. 巻: 30 ページ: 147-152
  • DOI: 10.1007/s10904-019-01375-x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photosensing System Using Photosystem I and Gold Nanoparticle on Graphene Field-Effect Transistor (2019)
  • 著者名/発表者名: D. Nishiori, W. Zhu, R. Salles, M. Miyachi, Y. Yamanoi, T. Ikuta, K. Maehashi, T. Tomo, H. Nishihara
  • 雑誌名: ACS Appl. Mater. Interfaces 巻: 11 ページ: 42773-42779
  • DOI: 10.1021/acsami.9b14771
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrochromic triphenylamine-based cobalt(II) complex nanosheets (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Liu, R. Sakamoto, C.-H. Ho, H. Nishihara, W.-Y. R. Wong
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. C 巻: 7 ページ: 9159-9166
  • DOI: 10.1039/C9TC02257K
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interfacial Transmetallation Synthesis of Platinadithiolene Nanosheet as a Potential 2D Topological Insulator (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Pal, S. Doi, H. Maeda, K. Wada, C. M. Tan, N. Fukui, R. Sakamoto, S. Tsuneyuki, S. Sasaki, H. Nishihara
  • 雑誌名: Chem. Sci. 巻: 10 ページ: 5218-5225
  • DOI: 10.1039/c9sc01144g
  • 査読あり
• [雑誌論文] One-dimensional magnetic chain composed of CuII and polychlorinated dipyri-dylphenylmethyl radical: temperature-dependent Jahn-Teller distortion correlated to π-conjugation and magnetic properties (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Kimura, H. Uchida, T. Kusamoto, H. Nishihara
  • 雑誌名: Dalton Trans. 巻: 48 ページ: 7090-7093
  • DOI: 10.1039/C8DT05104F
  • 査読あり
• [雑誌論文] Expansion of the Graphdiyne Family: A Triphenylene-Cored Analogue (2019)
  • 著者名/発表者名: R. Matsuoka, R. Toyoda, R. Shiotsuki, N. Fukui, K. Wada, H. Maeda, R. Sakamoto, S. Sasaki, H. Masunaga, K. Nagashio, H. Nishihara
  • 雑誌名: ACS Appl. Mater. Int. 巻: 11 ページ: 2730-2733
  • DOI: 10.1021/acsami.8b00743
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetoluminescence in a Photostable, Brightly Luminescent Organic Radical in a Rigid Environment (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Kimura, T. Kusamoto, S. Kimura, K. Kato, Y. Teki, H. Nishihara
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 57 ページ: 12711-12715
  • DOI: 10.1002/anie. 201805466
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multielectron-Transfer-based Rechargeable Energy Storage of Two-Dimensional Coordination Frameworks with Non-Innocent Ligands (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Wada, K. Sakaushi, S. Sasaki, H. Nishihara
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 57 ページ: 8886-8890
  • DOI: 10.1002/anie. 201802521
  • 査読あり
• [雑誌論文] A pyrazine-incorporated graphdiyne nanofilm as a metal-free electrocatalyst for the hydrogen evolution reaction (2018)
  • 著者名/発表者名: R. Sakamoto, R. Shiotsuki, K. Wada, N. Fukui, H. Maeda, J. Komeda, R. Sekine, K. Harano, H. Nishihara
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. A 巻: 6 ページ: 22189-22194
  • DOI: 10.1039/C8TA07347C
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxidation-promoted Interfacial Synthesis of Redox-active Bis(diimino)nickel Nanosheet. (2018)
  • 著者名/発表者名: E. J. H. Phua, K.-H. Wu, K. Wada, T. Kusamoto, H. Maeda, J. Cao, R. Sakamoto, H. Masunaga, S. Sasaki, J,-W, Mei, W, Jiang, F, Liu, H, Nishihara
  • 雑誌名: Chem. Lett. 巻: 42 ページ: 126-129
  • DOI: 10.1246/cl.170928
  • 査読あり
• [雑誌論文] A luminescent organic radical with two pyridyl groups: high photostability and dual stimuli-responsive properties, with theoretical analyses of photophysical processes (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Kimura, A. Tanushi, T. Kusamoto, S. Kochi, T. Sato, H. Nishihara
  • 雑誌名: Chem. Sci. 巻: 9 ページ: 1996-2007
  • DOI: 10.1039/C7SC04034B
• [学会発表] 「有機・無機二次元物質「配位ナノシート」」 (2020)
  • 著者名/発表者名: 西原寛
  • 学会等名: 第17回京都大学福井謙一記念研究センターシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Coordination Nanosheets, a New Class of Functional 2D Materials (2020)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Nishihara
  • 学会等名: OIST Seminar
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 電子を操る低次元物質の界面配位プログラミング (2019)
  • 著者名/発表者名: 西原寛
  • 学会等名: 熊本大学学生主催特別講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 錯体化学と電気化学が織りなす配位プログラミングの科学 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西原寛
  • 学会等名: 東京工業大学科学技術創成研究院化学生命科学研究所講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 有機・無機二次元物質「配位ナノシート」の界面合成と機能 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西原寛
  • 学会等名: 2019年 電気化学秋季大会
  • 招待講演
• [学会発表] 二次元共役ポリマー「配位ナノシート」の科学 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西原寛
  • 学会等名: 第31回 配位化合物の光化学討論会
  • 招待講演
• [学会発表] Functional Coordination Nanosheets (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Nishihara
  • 学会等名: EPSRC-JSPS Core-to-Core Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Functional Coordination Nanosheets (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Nishihara
  • 学会等名: OKINAWA COLLOIDS
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Functional Coordination Nanosheets (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Nishihara
  • 学会等名: th Asian Conference on Coordination Chemistry (ACCC7)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Coordination Programming of Functional Low Dimensional Materials (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Nishihara
  • 学会等名: The 30th Anniversary Todai-Unistra Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Functional Coordination Nanosheets (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Nishihara
  • 学会等名: International Microelectronics and Information Research Center
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 有機・無機複合二次元物質、配位ナノシートの科学 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西原寛
  • 学会等名: 京都大学講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 有機・無機複合二次元物質、配位ナノシートの科学 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西原寛
  • 学会等名: 新学術領域研究「ソフトクリスタル」 第4回公開シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 一次元・二次元錯体と分子エレクトロニクス (2019)
  • 著者名/発表者名: 西原寛
  • 学会等名: 日本化学会第99春季年会
  • 招待講演
• [学会発表] Synthesis and applications of coordination nanosheets (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Nishihara
  • 学会等名: 3rd Japan-EU Flagship Workshop on Graphene and Related 2D Materials
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Functional Coordination Nanosheets (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Nishihara
  • 学会等名: ICCC2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Functional Coordination Nanosheets (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Nishihara
  • 学会等名: The 10th International Symposium on Nano & Supramolecular Chemistry
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Interfacial coordination programming of functional low dimensional materials (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Nishihara
  • 学会等名: Bilateral International Meeting (Royal Society and JSPS)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Functional Coordination Nanosheets (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Nishihara
  • 学会等名: The 3rd Japan/UK Joint Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Interfacial Synthesis of Functional Coordination Nanosheets (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Nishihara
  • 学会等名: 2nd Topical Meeting of the International Society of Electrochemistry
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 有機・無機複合二次元物質、配位ナノシートの科学 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西原寛
  • 学会等名: 筑波大学講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 配位ナノシートの界面合成と機能 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西原寛
  • 学会等名: 第12回分子科学討論会
  • 招待講演
• [学会発表] 界面配位プログラミングと電気化学 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西原寛
  • 学会等名: 電気化学会東海支部・北陸支部合同シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 配位ナノシートの合成と機能 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西原寛
  • 学会等名: 日本化学会低次元系光機能材料研究会 第７回研究講演会 二次元構造を有するπ電子系の光・電子機能
  • 招待講演
• [学会発表] 配位ナノシートの界面合成と機能 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西原寛
  • 学会等名: ナノ学会
  • 招待講演
• [図書] 「資質・能力」を育む高校化学 (2019)
  • 著者名/発表者名: 後藤顕一, 飯田寛志, 野内頼一, 西原 寛, 渡部智博
  • 総ページ数: 252
  • 出版者: 化学同人
• [備考] 東京大学 大学院理学系研究科 化学専攻 無機化学研究室
  • URL: http://www.chem.s.u-tokyo.ac.jp/users/inorg/index.html