第12回 CSJ化学フェスタで受賞

 第12回 CSJ化学フェスタにてアウギ君、飯塚君、飯塚さん が優秀ポスター賞をしました。おめでとうございます！

Augie Atqa (D2)
発表タイトル「Designing ultra-small Mo-Pt subnanoparticles for room temperature reverse water-gas shift reaction」

飯塚 忠寿 (D1)
発表タイトル「水素発生反応におけるサブナノ粒子の原子組成依存性」

飯塚 麗奈 (M2)
発表タイトル「ボロフェン類似2次元構造体の制御合成」

野球練習

第71回高分子討論会で受賞

第71回 高分子討論会にて飯塚 麗奈さんが優秀ポスター賞をしました。おめでとうございます！

発表タイトル「ボロフェン類似2次元構造体の制御合成」

東工大挑戦的研究賞 末松特別賞 受賞

神戸徹也 助教が、東工大挑戦的研究賞 末松特別賞　を受賞しました。

サブナノスケールでの合金化が電極触媒水素発生における相乗効果を最大化する

Q. Zou, Y. Akada, A. Kuzume, M. Yoshida, T. Imaoka, K. Yamamoto
Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202209675.

異なる元素を結合して相乗効果を得ることは、金属触媒の性能を向上させる効果的な方法である。しかし、特性が異なるほど、相分離のために相乗効果を効果的に達成することが難しくなる。ここでは、サブナノスケールでの合金化が常に元素間の相乗効果に有効であることについての包括的な研究を説明する。36種類の二金属サブナノ粒子（SNPs）およびナノ粒子（NPs）の組み合わせを、水素発生反応（HER）に基づいて系統的に原子分解能の画像化および触媒ベンチマークを用いて研究した。結果として、SNPsは常にNPsよりも大きな相乗効果を生み出し、特にPtとZrの組み合わせが最も顕著な相乗効果を示した。サブナノスケールでの原子スケールの混和性および関連する電子状態の変調は、ナノスケールでのそれとは大きく異なり、環状暗視野走査透過電子顕微鏡（ADF-STEM）およびX線光電子分光法（XPS）によってそれぞれ観察された。

Alloying at a Subnanoscale Maximizes the Synergistic Effect on the Electrocatalytic Hydrogen Evolution

Bonding dissimilar elements to provide synergistic effects is an effective way to improve the performance of metal catalysts. However, as the properties become more dissimilar, achieving synergistic effects effectively becomes more difficult due to phase separation. Here we describe a comprehensive study on how subnanoscale alloying is always effective for inter-elemental synergy. Thirty-six combinations of both bimetallic subnanoparticles (SNPs) and nanoparticles (NPs) were studied systematically using atomic-resolution imaging and catalyst benchmarking based on the hydrogen evolution reaction (HER). Results revealed that SNPs always produce greater synergistic effects than NPs, the greatest synergistic effect was found for the combination of Pt and Zr. The atomic-scale miscibility and the associated modulation of electronic states at the subnanoscale were much different from those at the nanoscale, which was observed by annular-dark-field scanning transmission electron microscopy (ADF-STEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), respectively.

動的異金属結合を逐次原子画像化によって可視化

M. Inazu, Y. Akada, T. Imaoka, Y. Hayashi, C. Takashima, H. Nakai, K. Yamamoto
Nature Commun. 2022, 13, 2968.

従来の化学は、化学反応によって熱力学的に安定で分離可能な化合物（分子や固体）を得ることを目指して発展してきた。しかし、計算化学の最近の発展により、その場で形成される原子や分子の動的な集合と解離の研究の重要性が増している。本研究では、元素同定を伴う原子分解能で、不安定な二量体および三量体の形成および解離の動態を直接可視化する。多くの同種および異種金属二量体のビデオ記録は、Zコントラスト原理に基づく元素同定と組み合わせた走査透過型電子顕微鏡（STEM）を使用して行われる。AuAg、AgCu、およびAuAgCuなどの存在確率が低い短命な分子でさえ、低電子線量での原子の動きを識別することによって直接可視化される。

Dynamic hetero-metallic bondings visualized by sequential atom imaging

Traditionally, chemistry has been developed to obtain thermodynamically stable and isolable compounds such as molecules and solids by chemical reactions. However, recent developments in computational chemistry have placed increased importance on studying the dynamic assembly and disassembly of atoms and molecules formed in situ. This study directly visualizes the formation and dissociation dynamics of labile dimers and trimers at atomic resolution with elemental identification. The video recordings of many homo- and hetero-metallic dimers are carried out by combining scanning transmission electron microscopy (STEM) with elemental identification based on the Z-contrast principle. Even short-lived molecules with low probability of existence such as AuAg, AgCu, and AuAgCu are directly visualized as a result of identifying moving atoms at low electron doses.

Nature CommunicationsのEditors' Highlightsに特集されました

2022年2月に掲載されたホウ素二次元液晶に関する論文がNature CommunicationsのEditors' Highlightsに特集されました。

東工大ニュース

ナノ粒子合成のためのカスタムメイド樹状フェニルアゾメチン

K. Albrecht, M. Taguchi, T. Tsukamoto, T. Moriai, N. Yoshida, K. Yamamoto
Chem. Sci. 2022, 13, 5813-5817.

特定の原子数を持つ金属クラスターを準備規模で合成して高度な特性を研究することは依然として課題である。デンドリマーテンプレート法は、サイズや原子数を制御したナノ粒子を合成するための強力な方法であるが、従来のデンドリマーではすべての原子数にアクセスすることはできない。この問題に対処するために、限られた数の配位サイト（n = 16）と非配位性の大きなポリフェニレンシェルを持つ新しいカスタムメイドのフェニルアゾメチンデンドリマー（DPA）が設計された。非対称デンドロンとアダマンタンコアの四置換デンドリマー（PPDPA16）は、成功裏に合成された。配位挙動により、PPDPA16に16個の金属ルイス酸（RhCl3、RuCl3、およびSnBr2）が蓄積されることが確認された。複合体の還元後、制御されたサイズの低原子価金属ナノ粒子が得られた。このカスタムメイドのデンドリマーは、望ましい原子性を持つさまざまな金属クラスターを合成するための有望なアプローチである。

Poly-phenylene jacketed tailor-made dendritic phenylazomethine ligand for nanoparticle synthesis

Synthesizing metal clusters with a specific number of atoms on a preparative scale for studying advanced properties is still a challenge. The dendrimer templated method is powerful for synthesizing size or atomicity controlled nanoparticles. However, not all atomicity is accessible with conventional dendrimers. A new tailor-made phenylazomethine dendrimer (DPA) with a limited number of coordination sites (n = 16) and a non-coordinating large poly-phenylene shell was designed to tackle this problem. The asymmetric dendron and adamantane core four substituted dendrimer (PPDPA16) were successfully synthesized. The coordination behavior confirmed the accumulation of 16 metal Lewis acids (RhCl3, RuCl3, and SnBr2) to PPDPA16. After the reduction of the complex, low valent metal nanoparticles with controlled size were obtained. The tailor-made dendrimer is a promising approach to synthesize a variety of metal clusters with desired atomicity.

光学デバイス向けの無機液晶 - 2Dボロフェン酸化物

T. Kambe, S. Imaoka, M. Shimizu, R. Hosono, D. Yan, H. Taya, M. Katakura, H. Nakamura, S. Kubo, A. Shishido, K. Yamamoto
Nature Commun. 2022, 13, 1037.

ボロフェンは、次世代の2次元材料として有望な電子および光学特性を持つことが最近提案されている。しかし、その不安定性のために大規模な応用がこれまで制限されていた。本研究では、2次元ボロフェン酸化物から派生した秩序層構造を持つ液晶状態のボロフェン類似物を調査する。材料構造、相転移特性および基本特性は、X線解析、光学および電子顕微鏡、熱特性評価を用いて明らかにされた。得られた液晶は、350℃までの高温で高い熱安定性を示し、1Vの低電圧で駆動される光学スイッチング特性を持つことが判明した。

Liquid crystalline 2D borophene oxide for inorganic optical devices

Borophene has been recently proposed as a next-generation two-dimensional material with promising electronic and optical properties. However, its instability has thus far limited its large-scale applications. Here, we investigate a liquid-state borophene analogue with an ordered layer structure derived from two-dimensional borophene oxide. The material structure, phase transition features and basic properties are revealed by using X-ray analysis, optical and electron microscopy, and thermal characterization. The obtained liquid crystal exhibits high thermal stability at temperatures up to 350 °C and an optical switching behaviour driven by a low voltage of 1 V.

日本化学会 第71回進歩賞 受賞

神戸徹也 助教が、公益社団法人日本化学会 第71回進歩賞を受賞しました。

研究題目
超原子構築のための典型金属元素を含む精密構造体の開拓

環太平洋国際化学会議2021（Pacifichem）で3名受賞

環太平洋国際化学会議2021（The 2021 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem)）にて入内嶋君、青木さん、森合君の３名が受賞しました。

1400名の応募者から40名（内 日本人18名）のみが選ばれた賞です。おめでとうございます！

Pacifichem2021 Student Research Competition 受賞者発表

デンドロン組立超分子テンプレートによる準サブナノ粒子の高精度合成

T. Tsukamoto, K. Tomozawa, T. Moriai, N. Yoshida, T. Kambe, K. Yamamoto
Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202114353.

準サブナノ材料（1～3 nm）は、バルク固体と分子の両方と見なされるグレイ構造に由来する独自の特性を示すと予測されているが、その合成は非常に困難である。本研究では、配位化学と高分子化学の組み合わせを用いた準サブナノサイズ材料の新しいテンプレート合成法を説明する。ホスト酸性コアユニットに6つのトリチリウムカチオンを持つゲスト塩基性フェニルアゾメチンデンドロンユニットの自己組織化を利用し、デンドロン組立超分子を簡便かつ定量的に高価な技術を使わずに構築した。この巨大な超分子カプセルは、塩基性リガンド内に複数の酸性ロジウム塩を蓄積し、多核錯体の形成を介してロジウム粒子の精密合成を可能にした。得られた粒子（Rh84, 約1.5 nm）は、1～3 nmの範囲内の粒子サイズを持ち、従来のサブナノ粒子（Rh14, 約0.85 nm）よりも大きく、準サブナノ粒子の精密なテンプレート合成が成功したことを実証した。

Highly Accurate Synthesis of Quasi-sub-nanoparticles by Dendron-assembled Supramolecular Templates

Quasi-sub-nanomaterials (1–3 nm) have been predicted to exhibit unique properties originating from the gray structures considered both bulk solids and molecules, while their synthesis is extremely difficult. The present study describes a new template synthesis method for quasi-sub-nanosized materials using a combination of coordination chemistry and polymer chemistry. Utilizing self-assembly of guest basic phenylazomethine dendron units onto host acidic core units with six tritylium cations, the dendron-assembled supramolecules were constructed easily and quantitatively without costly techniques. This huge supramolecular capsule accumulating multiple acidic rhodium salts in its basic ligands enabled a precise synthesis of rhodium particles via formation of multinuclear complexes. The obtained particles (Rh84, ≈1.5 nm) have particle sizes within 1–3 nm range and were larger than conventional sub-nanoparticles (Rh14, ≈0.85 nm), therefore the precise template synthesis of quasi-sub-nanoparticles was successfully demonstrated.