研究テーマ
金属錯体は、金属イオンに配位子と呼ばれる無機・有機分子及びイオンが配位結合したナノメートルサイズの無機－有機複合体分子であり、その構造と性質の多様性が特徴です。分子科学において、「個々の分子の空間配列を制御して高次組織化し、それらを動的かつ協同的に機能させる」ことは、一つの目標です。このような分子の高次組織体は、生体系においては、光合成などの電子移動系や生体分子モーターなどで重要な役割を担っています。一方、「無機物の優れた単一性能」と「有機物の多様性と性質の柔軟さ」が分子レベルで融合した「金属錯体」では、従来の無機材料にはない物性・機能の発現が期待されます。この金属錯体分子を規則的に連結して多次元構造に展開した「配位高分子 (Coordination Polymers: CPs, Metal-Organic Frameworks: MOFs)」は、金属錯体の物性・機能を連動させて高度化する高次組織体形成の基盤となります。当研究室では、1-3次元の規則的構造を有するMOF、およびMOFの構造を切り出したような中空構造をもつ 0次元のケージ型化合物 (Metal-Organic Cages: MOCs) を対象に、多様な金属錯体分子や機能性分子を高次組織化して特異な相互作用空間を構築することで、機能・物性が連動するシステムの構築を目指しています。
MOF系の研究では、主にシアニド錯体 ([M(CN)4]2-, [M(N)(CN)4]2-, [M(CN)6]n- etc.) を用いて、機能的な多孔性空間の構築による二酸化炭素やアンモニアの低圧吸着、MOF の骨格構造に組み込んだ磁気特性や発光特性の ON/OFF とゲスト吸脱着を連動させた化学センシング・スイッチング、新規極性MOFを基盤とする強誘電体の開発、骨格内の極性とイオン伝導の強相関による強誘電イオン伝導特性の発現、固/液相転移と物性の相関の解明、金属鎖を組込んだM-MOFの開発と固溶化による発光特性の制御と発光機構の解明、多核錯体の集積による新規発光性MOFの開発などを進めています。MOC系の研究では、水中で安定な水溶性MOCの開発ならびにそれらを用いた簡便かつ効率的な酵素固定化法の開発、異種MOCの複合化による機能性空間の構築、新規MOCの開発と分子内・分子間の空間を利用した二酸化炭素やアンモニアの吸着、などを進めています。他にも、MOF/MOCと複合原子層化合物 (MXene) の複合化による電気化学的高感度分子センシング、単核錯体の電子構造と骨格振動および空間配置の制御による新規分子性量子ドット (Qubit) の開発などのテーマも進めています。
これらの研究は、合理的な分子設計を確立し、新物性・機能の発現とその機構を解明する真理の追究であるとともに、カーボンリサイクルや次世代燃料であるアンモニアの分離・吸着・吸蔵、高機能材料の開発、高感度分子センサーの開発、酵素の活性とリサイクル性の向上、などグリーンケミストリーに深く関わるもので、SDGsに資する取り組みでもあります。
研究プロジェクト
2022年度
(1)「包接分子を変数とする配位高分子の特異な物性の創出と機構解明」、2021～2023年度、文部科学省科研費 基盤研究(B)、代表者：大場正昭
(2)「金属有機多面体と酵素による生体複合システムの創製と高機能化」、2022～2024年度、文部科学省科研費 挑戦的研究(萌芽)、代表者：大場正昭
(3)「MXene-MOF 複合体を基盤とする磁性ナノザイムの開発」、2022～2023年度、日本学術振興会 外国人特別研究員奨励費、代表者：大場正昭
(4)「超セラミックスの次元・形態制御」、2022～2026年度、文部科学省科研費 学術変革領域研究(A)、計画班、代表者：大谷 亮
(5)「錯体集積による極性空間の構築とイオン整流特性制御」、2021～2023年度、文部科学省科研費 挑戦的研究(萌芽)、代表者：大谷 亮
2021年度
(1)「包接分子を変数とする配位高分子の特異な物性の創出と機構解明」、2021～2023年度、文部科学省科研費 基盤研究(B)、代表者：大場正昭
(2)「錯体集積による極性空間の構築とイオン整流特性制御」、2021～2023年度、文部科学省科研費 挑戦的研究(萌芽)、代表者：大谷 亮
(3)「Surface Functionalization and Materials Integration of Metal-Organic Polyhedra」、2020～2021年度、研究活動スタート支援、代表者：Benjamin Le Ouay
(4)「プロトン整流特性を示す極性一次元配位高分子の開発」、2021年度、笹川研究助成、代表者：柳澤純一
2020年度
(1)「分子包接体における束縛分子と骨格の物性の動的な連動と機構解明」、2018～2020年度、文部科学省科研費 基盤研究(B)、代表者：大場正昭
(2)「アシンメトリック多孔性構造の合理的構築と協同的対称性制御」、2016～2020年度、新学術領域「配位アシンメトリー」計画班、代表者：大場正昭
(3)「錯体分子集積による複合アニオン型極性物質群の合成と機能創発」、2019～2020年度、新学術領域「複合アニオン」公募班、代表者：大谷 亮
(4)「 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」、2018～2020年度、若手研究、代表者：大谷 亮
(5)「Surface Functionalization and Materials Integration of Metal-Organic Polyhedra」、2020～2021年度、研究活動スタート支援、代表者：Benjamin Le Ouay
(6)「吸着分子のダイナミクスを物理的変数とした包接体の磁気特性制御と機構解明」、2019～2021年度、日本学術振興会特別研究員 DC2、代表者：芳野 遼
(7)「電場誘起高効率物性変換システムの構築」、2018～2020年度、挑戦的研究（萌芽）、(分担）代表者：大塩寛紀
2019年度
(1)「分子包接体における束縛分子と骨格の物性の動的な連動と機構解明」、2018～2020年度、文部科学省科研費 基盤研究(B)、代表者：大場正昭
(2)「アシンメトリック多孔性構造の合理的構築と協同的対称性制御」、2016～2020年度、新学術領域「配位アシンメトリー」計画班、代表者：大場正昭
(3)「金属錯体－脂質界面におけるセシウム吸着機構の解明と高機能化」、2018～2019年度、挑戦的研究（萌芽）、代表者：大場正昭
(4)「錯体分子集積による複合アニオン型極性物質群の合成と機能創発」、2019～2020年度、新学術領域「複合アニオン」公募班、代表者：大谷 亮
(5)「 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」、2018～2020年度、若手研究、代表者：大谷 亮
(6)「吸着分子のダイナミクスを物理的変数とした包接体の磁気特性制御と機構解明」、2019～2021年度、日本学術振興会特別研究員 DC2、代表者：芳野 遼
(7)「電場誘起高効率物性変換システムの構築」、2018～2019年度、挑戦的研究（萌芽）、(分担）代表者：大塩寛紀
(8)「Fabrication of surface-attached metal-organic frameworks toward separation membrane and sensor applications」、2018～2019年度、二国間協同研究、（分担）代表者：野呂真一郎
2018年度
(1)「分子包接体における束縛分子と骨格の物性の動的な連動と機構解明」、2018～2020年度、文部科学省科研費 基盤研究(B)、代表者：大場正昭
(2)「アシンメトリック多孔性構造の合理的構築と協同的対称性制御」、2016～2020年度、新学術領域「配位アシンメトリー」計画班、代表者：大場正昭
(3)「金属錯体－脂質界面におけるセシウム吸着機構の解明と高機能化」、2018～2020年度、挑戦的研究（萌芽）、代表者：大場正昭
(4)「Fabrication of surface-attached metal-organic frameworks toward separation membrane and sensor applications」、2018～2019年度、二国間協同研究、(分担）代表者：野呂真一郎
2017年度
(1)「金属錯体ナノ細孔空間における束縛分子の量子挙動と物性の解明」、2015～2017年度、文部科学省科研費 基盤研究(B)、代表者：大場正昭
(2)「アシンメトリック多孔性構造の合理的構築と協同的対称性制御」、2016～2020年度、新学術領域「配位アシンメトリー」計画班、代表者：大場正昭
(3)「光捕集錯体とPOMから成る複合膜(iCHELL)を基盤とする水の完全分解系の構築」、2017～2018年度、日本学術振興会特別研究員 DC2、代表者：中西契太
(4)「機能性金属錯体の開発」、2017年度、東ソー株式会社 共同研究、代表者：大場正昭
2016年度
(1)「金属錯体ナノ細孔空間における束縛分子の量子挙動と物性の解明」、2015～2017年度、文部科学省科研費 基盤研究(B)、代表者：大場正昭
(2)「アシンメトリック多孔性構造の合理的構築と協同的対称性制御」、2016～2020年度、新学術領域「配位アシンメトリー」計画班、代表者：大場正昭
(3)「メッシュ状細胞膜骨格を利用した伸縮性二次元分子ワイヤー合成」、2015～2016年度、文部科学省科研費 挑戦的萌芽研究、代表者：越山友美
(4)「ナノ細孔空間を利用した気体分子の配列制御と量子物性の発現」、2015～2016年度、日本学術振興会特別研究員 DC2、代表者：三島章雄
(5)「機能性金属錯体の開発」、2016年度、東ソー株式会社 共同研究、代表者：大場正昭
2015年度
(1)「金属錯体ナノ細孔空間における束縛分子の量子挙動と物性の解明」、2015～2017年度、文部科学省科研費 基盤研究(B)、代表者：大場正昭
(2)「直接合成による階層的金属錯体メゾ空間の構築と構造解析」、2014～2015年度、文部科学省科研費 挑戦的萌芽研究、代表者：大場正昭
(3)「メッシュ状細胞膜骨格を利用した伸縮性二次元分子ワイヤー合成」、2015～2016年度、文部科学省科研費 挑戦的萌芽研究、代表者：越山友美
(4)「脂質カプセルへの多孔性配位高分子内包による水中機能性ハイブリッド吸着材料の創製」、2015年度、向科学技術振興財団研究助成、代表者：越山友美
(5)「ナノ細孔空間を利用した気体分子の配列制御と量子物性の発現」、2015～2016年度、日本学術振興会特別研究員 DC2、代表者：三島章雄
(6)「統合物質創製化学推進事業」、2012～2015年度
(7)「機能性金属錯体の開発」、2015年度、東ソー株式会社 共同研究、代表者：大場正昭
2014年度
(1)「刺激応答性金属錯体の創製：分子吸着・放出の自在制御と高感度センシング」、2011～2014年度、文部科学省科研費 基盤研究(A)、代表者：大場正昭
(2)「直接合成による階層的金属錯体メゾ空間の構築と構造解析」、2014～2015年度、文部科学省科研費 挑戦的萌芽研究、代表者：大場正昭
(3)「ナノ細孔空間の精密制御による高性能水素変換・分離材料の創製」、2014年度、九州大学 P&P、代表者：大場正昭
(4)「ベシクル間物質輸送制御を目指したナノパイプ錯体の創製」、2014年度、九州大学 P&P、代表者：越山友美
(5)「統合物質創製化学推進事業」、2012～2015年度
(6)「機能性金属錯体の開発」、2014年度、東ソー株式会社 共同研究、代表者：大場正昭
2013年度
(1)「刺激応答性金属錯体の創製：分子吸着・放出の自在制御と高感度センシング」、2011～2014年度、文部科学省科研費 基盤研究(A)、代表者：大場正昭
(2)「機能性分子ユニットの合理的集積による高次機能の創発」、2012～2013年度、新学術領域「配位プログラミング」計画班、代表者：大場正昭
(3)「脂質二重層膜を基盤とする階層的金属錯体集積空間の構築と構造解析」、2012～2013年度、文部科学省科研費 挑戦的萌芽研究、代表者：大場正昭
(4)「膜ドメイン構造を用いた三成分系光触媒場の構築」、2012～2013年度、文部科学省科研費 若手研究（B)、代表者：越山友美
(5)「空間秩序研究」、2007～2013年度、理化学研究所 量子秩序研究、代表者：北川進
(6)「統合物質創製化学推進事業」、2012～2015年度
(7)「機能性金属錯体の開発」、2013年度、東ソー株式会社 共同研究、代表者：大場正昭
2012年度
(1)「刺激応答性金属錯体の創製：分子吸着・放出の自在制御と高感度センシング」、2011～2014年度、文部科学省科研費 基盤研究(A)、代表者：大場正昭
(2)「機能性分子ユニットの合理的集積による高次機能の創発」、2012～2013年度、新学術領域「配位プログラミング」計画班、代表者：大場正昭
(3)「脂質二重層膜を基盤とする階層的金属錯体集積空間の構築と構造解析」、2012～2013年度、文部科学省科研費 挑戦的萌芽研究、代表者：大場正昭
(4)「高効率光触媒機能を目指した金属錯体界面システムの創製」、2011～2012年度、戦略的創造研究推進事業 先端的低炭素化技術開発 (ALCA) 研究開発課題探索（探索ステージ）、代表者：大場正昭
(5)「脂質と金属錯体の階層的融合による新規界面反応場の創製」、2012年度、九州大学 P&P、代表者：大場正昭
(6)「膜ドメイン構造を用いた三成分系光触媒場の構築」、2012～2013年度、文部科学省科研費 若手研究（B)、代表者：越山友美
(7)「脂質膜界面を基盤とする金属錯体触媒場の構築」、2012年度、九州大学 P&P、代表者：越山友美
(8)「空間秩序研究」、2007～2013年度、理化学研究所 量子秩序研究、代表者：北川進
(9)「統合物質創製化学推進事業」、2012～2015年度
2011年度
(1)「刺激応答性金属錯体の創製：分子吸着・放出の自在制御と高感度センシング」、2011～2014年度、文部科学省科研費 基盤研究(A)、代表者：大場正昭
(2)「脂質二重層膜を利用した金属錯体メゾサイズ結晶の制御形成」、2011年度、文部科学省科研費 挑戦的萌芽研究、代表者：大場正昭
(3)「機能性分子ユニットの合理的集積化による磁気および化学的機能の創出」、2010～2011年度、新学術領域「配位プログラミング」公募研究、代表者：大場正昭
(4)「高効率光触媒機能を目指した金属錯体界面システムの創製」、2011～2012年度、戦略的創造研究推進事業 先端的低炭素化技術開発 (ALCA) 研究開発課題探索（探索ステージ）、代表者：大場正昭
(5)「外場応答型多孔性金属錯体を利用したゲストの選択的吸着および放出制御」、2011年度、向科学技術振興財団研究助成、代表者：大場正昭
(6)「金属錯体界面システムを基盤とする高効率触媒空間の創製」、2011年度、九州大学 P&P、代表者：大場正昭
(7)「空間秩序研究」、2007～2013年度、理化学研究所 量子秩序研究、代表者：北川進
(8)「錯体プロトニクスの創成と集積機能ナノ界面システムの開発」、2008～2011年度、JST CREST「ナノ界面技術の基盤構築」領域、代表者：北川宏
2010年度
(1)「極性錯体磁性系の合理的構築と多重物性発現」、2008～2010年度、文部科学省科研費 基盤研究(B)、代表者：大場正昭
(2)「機能性分子ユニットの合理的集積化による磁気および化学的機能の創出」、2010～2011年度、新学術領域「配位プログラミング」公募研究、代表者：大場正昭
(3)「キラリティ転写による特異的スピン構造構築と多重機能発現」、2009～2010年度、三菱財団自然科学研究助成、代表者：大場正昭
(4)「空間秩序研究」、2007～2013年度、理化学研究所 量子秩序研究、代表者：北川進
(5)「錯体プロトニクスの創成と集積機能ナノ界面システムの開発」、2008～2011年度、JST CREST「ナノ界面技術の基盤構築」領域、代表者：北川宏
(6)「ガス吸着ダイナミクス研究のための時間分解X線回折データ測定技術の開発」、2006～2010年度、Ｘ線自由電子レーザー利用推進研究、代表者：北川進
