基本情報

所属

• 理学研究院　化学部門　物理化学分野

職名

• 講師

学位

• 博士(工学)（京都大学）

ホームページURL

https://sites.google.com/view/tomohirofukushima/home

科研費研究者番号

• 50801560

ORCID ID

•  https://orcid.org/0000-0002-0165-3818

Researcher ID

• Q-3044-2017

J-Global ID

• 201801001853205286

研究分野

• ナノテク・材料 / エネルギー化学
• ナノテク・材料 / 基礎物理化学
• ナノテク・材料 / 機能物性化学

担当教育組織

•  学士課程　理学部
•  修士課程　総合化学院
•  博士課程　総合化学院

職歴

• 2023年10月 - 現在 JSTさきがけ「量子フロンティア」領域 研究者
• 2022年06月 - 現在 北海道大学 大学院理学研究院 化学部門 講師
• 2019年07月 - 現在 産業技術総合研究所 客員研究員
• 2017年12月 - 2022年06月 北海道大学 大学院理学研究院 化学部門 助教
• 2016年06月 - 2017年11月 名古屋大学 JST-ERATO 伊丹分子ナノカーボンプロジェクト 博士研究員
• 2014年06月 - 2016年05月 日本学術振興会 海外特別研究員 (マサチューセッツ工科大学)
• 2014年04月 - 2014年05月 京都大学iCeMS 博士研究員
• 2011年04月 - 2014年03月 日本学術振興会 特別研究員 DC1

学歴

• 2009年04月 - 2014年03月   京都大学大学院   工学研究科   合成・生物化学専攻
• 2005年04月 - 2009年03月   京都大学   工学部   工業化学科

所属学協会

• 分子科学会   電気化学会   日本化学会   応用物理学会   日本分光学会   フラーレン・ナノチューブ・グラフェン学会   

研究活動情報

論文

• Beyond Single-Molecule Chemistry for Electrified Interfaces using Molecule Polaritons

  Nobuaki Oyamada, Hiro Minamimoto, Tomohiro Fukushima, Ruifeng Zhou, Kei Murakoshi

  Bulletin of the Chemical Society of Japan 2024年01月29日 

  Abstract This review introduces the preparation, observation, and characterization of systems of molecule polaritons. We summarize recent progress by our group on the control of molecular properties in the spaces of various optical cavities, such as plasmonic metal nanostructures and Fabry-Perot mirrors. After stating our motivations, we introduce topics on single-molecule observations based on surface-enhanced Raman scattering (SERS) spectroscopy. Our original findings are not limited to the ultra-sensitive detection of molecules/materials, but include unique resonant enhancements of SERS through exotic electronic excitation processes at electrified interfaces. Comprehensive analyses of SERS spectra provide novel routes to electronic excitation using plasmonic metal nanostructures. This behavior leads to the distinct photo-energy conversion based on excited electrons and holes with anomalous electrochemical potentials. Such unique resonant electronic excitation emerges a large optical force that can be used to manipulate small single molecules on surfaces in solution, even at room temperature. We also introduce systems for examining unique interactions between molecules and the optical modes of cavities, from single molecules to molecular ensembles. Plasmonic surface lattices and Fabry–Perot mirrors allow the formation of electronic and vibrational strong coupling states, respectively, showing unique properties of molecule polaritons, even under dark conditions, i.e., without photo-illumination.
• Unveiling the Hidden Energy Profiles of the Oxygen Evolution Reaction via Machine Learning Analyses

  Tomohiro Fukushima, Motoki Fukasawa, Kei Murakoshi

  The Journal of Physical Chemistry Letters 14 30 6808 - 6813 2023年08月03日 

  The oxygen evolution reaction (OER) is a crucial electrochemical process for hydrogen production in water electrolysis. However, due to the involvement of multiple proton-coupled electron transfer steps, it is challenging to identify the specific elementary reaction that limits the rate of the OER. Here we employed a machine-learning-based approach to extract the reaction pathway exhaustively from experimental data. Genetic algorithms were applied to search for thermodynamic and kinetic parameters using the current-electrochemical potential relationship of the OER. Interestingly, analysis of the datasets revealed the energy state distributions of reaction intermediates, which likely originated in the interactions among intermediates or the distribution of multiple sites. Through our exhaustive analyses, we successfully uncovered the hidden energy profiles of the OER. This approach can reveal the reaction pathway to activate for efficient hydrogen production, which facilitates the design of catalysts.
• Unlimiting ionic conduction: manipulating hydration dynamics through vibrational strong coupling of water

  Tomohiro Fukushima, Soushi Yoshimitsu, Kei Murakoshi

  Chemical Science 14 41 11441 - 11446 2023年06月23日 

  The energy states of molecules and the vacuum electromagnetic field can be hybridized to form a strong coupling state. In particular, it has been demonstrated that vibrational strong coupling can be used to modify the chemical dynamics of molecules. Here, we propose that ion dynamics can be altered through modifications of the dynamic hydration structure in a cavity vacuum field. We investigated the effect of different electrolyte species on ionic conductivity. Infrared spectroscopy of aqueous electrolyte solutions within the cavity confirmed the formation of vibrational ultrastrong coupling of water molecules, even in the presence of electrolytes. Interestingly, we observed significant enhancements in ionic conductivity, for specific alkali cations, particularly those classified as structure-breaking cations. These enhancements cannot be explained within the current theoretical framework for liquid electrolytes. Our analysis suggests that the vibrational strong coupling modifies the local dielectric friction experienced by hydrated ions. In addition, we propose the enthalpic and entropic modification of ionic conductivity through the systematic investigation of the hydration properties of different electrolytes. This study unveils the potential role of polaritons for exploring uncharted spaces in the design of materials with enhanced ionic conduction. Harnessing the unique properties of strong coupling and its influence on hydration dynamics could lead to the development of novel electrolytes and advancements in the field of ionic conduction.
• Inherent Promotion of Ionic Conductivity via Collective Vibrational Strong Coupling of Water with the Vacuum Electromagnetic Field

  Tomohiro Fukushima, Soushi Yoshimitsu, Kei Murakoshi

  Journal of the American Chemical Society 144 27 12177 - 12183 2022年07月13日 

  Hydrogen bonding interactions among water molecules play a critical role in chemical reactivity, dynamic proton mobility, static dielectric behavior, and the thermodynamic properties of water. In this study, we demonstrate the modification of ionic conductivity of water through hybridization with a vacuum electromagnetic field by strongly coupling the O─H stretching mode of H2O to a Fabry-Perot cavity mode. The hybridization generates collective vibro-polaritonic states, thereby enhancing the proton conductivity by an order of magnitude at resonance. In addition, the dielectric constants increase at resonance in the coupled state. The findings presented herein reveal how a vacuum electromagnetic environment can be engineered to control the ground-state properties of water.
• Unique Electronic Excitations at Highly Localized Plasmonic Field

  Hiro Minamimoto, Ruifeng Zhou, Tomohiro Fukushima, Kei Murakoshi

  Accounts of Chemical Research 2022年03月15日 [査読有り]
  
• Raman spectroscopy as a probe for the electronic structure of graphene at electrified interfaces

  Tomohiro Fukushima

  CURRENT OPINION IN ELECTROCHEMISTRY 35 2022年 

  As all the atoms in monolayer graphene are on its surface, it is strongly influenced by its environment. Surface-charge transfer of graphene changes its properties including the electrical conductivity, carrier mobility, capacitance, and reactivity. The charge transfer occurs between the graphene and its substrate, and can be controlled by the electrode potential in electrochemical cells. The charge of graphene is related to its Fermi level and Fermi energy, which determines the rates of the electrochemical and photoelectrochemical reactions occurring. The simplest method to measure the charge density of graphene is Raman spectroscopy. Here, we review Raman spectroscopy measurement of graphene charge, especially that in electrochemical environments, with emphasis on its potential application in electrochemical and photoelectrochemical reactions for energy conversion.
• Rapid detection of donor-dependent photocatalytic hydrogen evolution by NMR spectroscopy

  Tomohiro Fukushima, Daiki Ashizawa, Kei Murakoshi

  RSC Advances 2022年 [査読有り]
  
• Vibrational Coupling of Water from Weak to Ultrastrong Coupling Regime via Cavity Mode Tuning

  Tomohiro Fukushima, Soushi Yoshimitsu, Kei Murakoshi

  The Journal of Physical Chemistry C 125 46 25832 - 25840 2021年11月08日 [査読有り]
  
• Inherent Promotion of Ionic Conductivity via Coherent Vibrational Strong Coupling of Water

  Tomohiro Fukushima, Soushi Yoshimitsu, Kei Murakoshi

  2021年06月21日
• Theoretical Study on Proton Permeation Ability of Modified Single-Layer Graphene

  Tomohiro Fukushima, Hidetaka Hasebe, Kei Murakoshi

  Chemistry Letters 50 9 1604 - 1606 2021年06月19日 [査読有り]
   

  The proton permeation ability of graphene has been highlighted for use as proton exchange membranes in electrochemical devices. However, the tunability of proton permeation is still limited. We have developed molecular models for the theoretical study of the proton permeation ability of modified single-layer graphene structures. Energy calculations were employed for the evaluation of the barrier height and permeation rate. The proton permeation is tunable by the presence of covalently bonded molecules, which is useful for the design of tunable interfaces for proton permeation.
• Visualization of molecular trapping at plasmonic metal nanostructure by surface-enhanced Raman scattering imaging

  Fukushima, T., Miyauchi, A., Oyamada, N., Minamimoto, H., Motegi, T., Murakoshi, K.

  Journal of Nanophotonics 14 2 1 - 1 2020年 [査読有り][通常論文]
   

  Optical manipulation has been used for the trapping of micrometer-scaled objects, but it is still difficult to control the motion of small molecules on the nanometer scale at room temperature. Plasmonic metal nanostructures are expected to be useful for the optical manipulation of nanoscale molecules using a highly localized electric field. We use the plasmonic Ag nanostructure for a demonstration of optical trapping through the observation using surface-enhanced Raman scattering (SERS) imaging. The optical measurements were conducted under electrochemical potential control to stabilize the nanostructure with target molecules, 4,4′-bipyridyl (44 bpy). Upon increasing the concentration of 44 bpy molecules in an electrolyte solution at room temperature, the blinking frequency of the SERS signal was different in both the spectra and imaging. The dwell time of the SERS signals was increased from several tens of milliseconds to a few seconds, which suggested the successful observation of plasmonic trapping of small molecules through the surface diffusion control. The observed results prove the importance for the control of the surface coverage of the molecules and its influence on surface diffusion under plasmonic molecular trapping.
• Raman imaging of plasmonic ag nanostructure for site-dependent molecular trapping analysis

  Tomohiro Fukushima, Akira Miyauchi, Nobuaki Oyamada, Shunpei Oikawa, Kei Murakoshi

  Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering 11141 2019年 [査読有り][通常論文]
   

  © Optics & Photonics International Congress 2019. Here, we describe Raman imaging of plasmonic Ag nanostructure for site-dependent molecular trapping analysis under electrochemical potential control. Ag nanostructure was prepared by nanosphere lithography (NSL) techniques with the polystyrene templates. Excitation of Ag nanostructure with 633 nm laser induced the fluorescence from Ag nanocluster and Raman signals from 4,4'-bipyridine molecules. Adsorption states of molecules were defined during optical measurements by controlling the electrochemical potential. Raman imaging was conducted depending on molecular concentration and light intensity to investigate the site-dependent molecular trapping analysis. We found that we can classify the spots showing anomaly in particular to the light intensity from Raman imaging.
• Photoredox Fischer Indole Synthesis

  Kaga, A., Fukushima, T., Shimokawa, J., Kitamura, M.

  Synthesis (Germany) 51 17 3214 - 3220 2019年 [査読有り][通常論文]
   

  Visible light photoredox conditions were applied to the traditional Fischer indole synthesis. N , N -Diarylhydrazones were efficiently converted into the corresponding indoles even at 30 degrees C by treatment with bromotrichloromethane in the presence of Ru(bpy) (3) Cl (2) center dot 6H (2) O as the photocatalyst. Electrochemical study revealed the viability of oxidative quenching cycle for the photocatalysis, which set the basis for proposing the redox-based reaction mechanism.
• Revealing high oxygen evolution catalytic activity of fluorine-doped carbon in alkaline media

  Kim, J., Fukushima, T., Zhou, R., Murakoshi, K.

  Materials 12 2 211 - 211 2019年 [査読有り][通常論文]
   

  Oxygen evolution reactions (OER) are important reactions for energy conversion. Metal-free carbon-based catalysts potentially contribute to the catalytic materials for OER. However, it has been difficult to understand the intrinsic catalytic activity of carbon materials, due to catalyst decomposition over the course of long-term reactions. Here, we report high oxygen evolution reaction catalytic activity of F-doped carbon in alkaline media. Intrinsic OER activity was evaluated from a combination of measurements using a rotating disk electrode and O-2 sensor. The F-doped carbon catalyst is a highly active catalyst, comparable to state-of-the-art precious-metal-based catalysts such as RuO2.
• Modulation of Graphene/Au(111) Interaction by Electrocatalytic Hydrogen Evolution Reaction

  Murakoshi, Kei, Minamimoto, Hiro, Zhou, Ruifeng, Hasebe, Hidetaka, Yasuda, Kensuke, Fukushima, Tomohiro

  Journal of Physics: Conference Series 1220 1 2019年 [査読有り][通常論文]
   

  Electronic structure of monolayer graphene with metal contacts can be modified by control of interfacial interaction. Here, we show that the strength of local interfacial interaction between graphene and Au(111) surface can be electrochemically controlled by the hydrogen evolution reaction process. Graphene/Au(111) electrodes were prepared by the chemical vapour deposition. Raman spectroscopy indicated existence of monolayer of graphene over Au surface. Local interaction of graphene/Au(111) interaction can be differentiated by intercalation of H-2 molecules at interface. This study shed lights on the possibility of proton penetration through the graphene to modify the strength of interaction between graphene and Au(111) surface.
• Molecularly defined graphitic interface toward proton manipulation

  Fukushima, T., Murakoshi, K.

  Current Opinion in Electrochemistry 17 158 - 166 2019年 [査読有り][通常論文]
   

  Proton plays a critical role in electrochemical systems to control electrochemical reactivity or isotopic enrichment. Graphene is intensively investigated owing to its unique electronic structure and device fabrication. Through the structural tunability of graphitic materials by chemical or physical modification of the surface, graphene is revealed to be an ideal material for proton manipulation. Here, we review the use of graphene or graphitic materials toward the manipulation of proton with regard to the following three points. (1) Electronic properties of graphene: The electronic band structure of graphene can be modified by metal contacts owing to the interaction with a metal surface. (2) Molecular control of graphitic interface: The chemical structure of graphene can be modified, as is done in molecular chemistry, and can be used as a catalytic platform. (3) Proton conduction by graphene: Proton transport through a graphene layer occurs with a unique mechanism such as tunneling. We provide a perspective on the use of graphitic materials toward controlling the behavior of protons on the basis of the aforementioned points. From the above, graphene can be used as a platform for proton manipulation.
• Late-Stage Functionalization of Arylacetic Acids by Photoredox-Catalyzed Decarboxylative Carbon–Heteroatom Bond Formation

  Sakakibara, Y., Ito, E., Fukushima, T., Murakami, K., Itami, K.

  Chemistry - A European Journal 24 37 9254 - 9258 2018年 [査読有り][通常論文]
   

  The rapid transformation of pharmaceuticals and agrochemicals enables access to unexplored chemical space and thus has accelerated the discovery of novel bioactive molecules. Because arylacetic acids are regarded as key structures in bioactive compounds, new transformations of these structures could contribute to drug/agrochemical discovery and chemical biology. This work reports carbon-nitrogen and carbon-oxygen bond formation through the photoredox-catalyzed decarboxylation of arylacetic acids. The reaction shows good functional group compatibility without pre-activation of the nitrogen- or oxygen-based coupling partners. Under similar reaction conditions, carbon-chlorine bond formation was also feasible. This efficient derivatization of arylacetic acids makes it possible to synthesize pharmaceutical analogues and bioconjugates of pharmaceuticals and natural products.
• Polymorphism of [6]cycloparaphenylene for packing structure-dependent hostguest interaction

  Fukushima, T., Sakamoto, H., Tanaka, K., Hijikata, Y., Irle, S., Itami, K.

  Chemistry Letters 46 6 855 - 857 2017年 [査読有り][通常論文]
   

  Molecular carbon nanorings, [n]cycloparaphenylenes ([n]CPP), are a unique class of porous molecules with allbenzene surface. Herein, we report the preparation of polymorphs of [6] CPP crystals for the first time, and the discovery of their packing structure-dependent properties. We found that the herringbone-packed structure is thermodynamically more stable than the tubular-packed structure. We revealed that their host-guest interaction depends on the packing structures of [6] CPP: the tubular-packing affords one-dimensional open channels for weak guest sorption, while the herringbone-packing gives closed cavities for strong guest entrapment. This study exemplifies that the solid-state host-guest chemistry of CPP crystals can be directed by controlling their packing structures.
• Synthesis, structure, and electrochemical property of a bimetallic bis-2-pyridylidene palladium acetate complex

  Yoshidomi, T., Fukushima, T., Itami, K., Segawa, Y.

  Chemistry Letters 46 4 587 - 590 2017年 [査読有り][通常論文]
   

  A bimetallic acetate-bridged (bis-2-pyridylidene)Pd(II) complex was synthesized and its oxidation behavior was investigated by cyclic voltammetry. The density functional theory calculation indicated that bis-2-pyridylidene is a potentially useful ligand to stabilize bimetallic Pd(III) species owing to its strong electron donation ability and high planarity. The di-tert-butylphenyl-substituted (bis-2-pyridylidene) Pd(II) carbonate complex was synthesized via sequential C-H borylation and Suzuki-Miyaura cross-coupling reactions, and the carbonate complex was successfully converted into an acetate-bridged bimetallic complex. The structural parameters and oxidation potentials of the acetate-bridged (bis-2-pyridylidene) Pd(II) complex indicated the strong electron donation ability of the bis-2-pyridylidene ligand compared with neutral bidentate ligands. Despite several attempts, (bis-2-pyridylidene) Pd(III) complexes could not be isolated because of their instability.
• Catalytic Dehydrogenative C–H Imidation of Arenes Enabled by Photo-generated Hole Donation to Sulfonimide

  Ito, E., Fukushima, T., Kawakami, T., Murakami, K., Itami, K.

  Chem 2 3 383 - 392 2017年 [査読有り][通常論文]
   

  In light of the importance of arylamine derivatives in organic materials, pharmaceuticals, and agrochemicals, the development of efficient aromatic C-H amination has long been sought after. Although many attempts have been made to achieve dehydrogenative C-H amination, the low reactivity of simple arenes renders equimolar coupling with amine derivatives a formidable task in synthetic chemistry. Herein, we report equimolar C-H/N-H coupling of arenes and sulfonimides through dehydrogenative aromatic imidation. Thiswas accomplished by means of a ruthenium-based photoredox mediator that employed the arene as the limiting reagent. A wide range of arenes, such as polycyclic aromatic hydrocarbons and heteroarenes, as well as a variety of sulfonimides, were applicable to the reaction. This electrochemistry-based mechanistic study has uncovered that the coupling reaction is initiated by the oxidation of sulfonimides by the ruthenium catalyst.
• Minor Impact of Ligand Shell Steric Profile on Colloidal Nanocarbon Catalysis

  Chu, S.B., Fukushima, T., Surendranath, Y.

  Chemistry of Materials 29 2 495 - 498 2017年 [査読有り][通常論文]
   

  Researchers utilize classical amide formation reactions to install capping agents of varying chain lengths to surface carboxylic acid sites on Monarch 1300 carbon black. This surface treatment generates stable colloids that remain catalytically active for the aerobic oxidation of primary amines. Using the aerobic oxidation of benzylamine to N-benzyl-1-phenylmethanimine as a test reaction, they show that the capping ligand length negligibly impacts the rate of catalysis suggesting that, for linear aliphatic ligands, the ligand shell imposes minimal steric encumbrance on colloidal nanocatalysis.
• Molecular-Level Insights into Oxygen Reduction Catalysis by Graphite-Conjugated Active Sites

  Ricke, N.D., Murray, A.T., Shepherd, J.J., Welborn, M.G., Fukushima, T., Van Voorhis, T., Surendranath, Y.

  ACS Catalysis 7 11 7680 - 7687 2017年 [査読有り][通常論文]
   

  Using a combination of experimental and computational investigations, we assemble a consistent mechanistic model for the oxygen reduction reaction (ORR) at molecularly well-defined graphite-conjugated catalyst (GCC) active sites featuring aryl-pyridinium moieties (N+-GCC). ORR catalysis at glassy carbon surfaces modified with N+-GCC fragments displays near-first-order dependence in O-2 partial pressure and near-zero-order dependence on electrolyte pH. Tafel analysis suggests an equilibrium one-electron transfer process followed by a rate-limiting chemical step at modest overpotentials that transitions to a rate-limiting electron transfer sequence at higher overpotentials. Finite-cluster computational modeling of the N+-GCC active site reveals preferential O-2 adsorption at electrophilic carbons alpha to the pyridinium moiety. Together, the experimental and computational data indicate that ORR proceeds via a proton-decoupled O-2 activation sequence involving either concerted or stepwise electron transfer and adsorption of O-2, which is then followed by a series of electron/proton transfer steps to generate water and turn over the catalytic cycle. The proposed mechanistic model serves as a roadmap for the bottom-up synthesis of highly active N-doped carbon ORR catalysts.
• Landscape of research areas for zeolites and metal-organic frameworks using computational classification based on citation networks

  Ogawa, T., Iyoki, K., Fukushima, T., Kajikawa, Y.

  Materials 10 12 2017年 [査読有り][通常論文]
   

  The field of porous materials is widely spreading nowadays, and researchers need to read tremendous numbers of papers to obtain a bird's eye view of a given research area. However, it is difficult for researchers to obtain an objective database based on statistical data without any relation to subjective knowledge related to individual research interests. Here, citation network analysis was applied for a comparative analysis of the research areas for zeolites and metal-organic frameworks as examples for porous materials. The statistical and objective data contributed to the analysis of: (1) the computational screening of research areas; (2) classification of research stages to a certain domain; (3) well-cited research areas; and (4) research area preferences of specific countries. Moreover, we proposed a methodology to assist researchers to gain potential research ideas by reviewing related research areas, which is based on the detection of unfocused ideas in one area but focused in the other area by a bibliometric approach.
• Graphite-conjugated catalysis

  Surendranath, Yogesh, O'Reilly, Matthew, Oh, Seokjoon, Jackson, Megan, Fukushima, Tomohiro, Chu, Sterling

  Abstracts of Papers of the American Chemical Society 251 2016年 [査読有り][通常論文]
  
• Molecular interfaces for energy catalysis

  Chu, Sterling, Marshall-Roth, Travis, Fukushima, Tomohiro, Kaminsky, Corey, Oh, Seokjoon, Jackson, Megan, Surendranath, Yogesh

  Abstracts of Papers of the American Chemical Society 252 2016年 [査読有り][通常論文]
  
• Electrochemical oxygen reduction catalysed by Ni3 (hexaiminotriphenylene)2

  Miner, E.M., Fukushima, T., Sheberla, D., Sun, L., Surendranath, Y., Dincə, M.

  Nature Communications 7 2016年 [査読有り][通常論文]
   

  Control over the architectural and electronic properties of heterogeneous catalysts poses a major obstacle in the targeted design of active and stable non-platinum group metal electrocatalysts for the oxygen reduction reaction. Here we introduce Ni-3(HITP)(2) (HITP = 2, 3, 6, 7, 10, 11-hexaiminotriphenylene) as an intrinsically conductive metal-organic framework which functions as a well-defined, tunable oxygen reduction electrocatalyst in alkaline solution. Ni-3(HITP)(2) exhibits oxygen reduction activity competitive with the most active non-platinum group metal electrocatalysts and stability during extended polarization. The square planar Ni-N-4 sites are structurally reminiscent of the highly active and widely studied non-platinum group metal electrocatalysts containing M-N-4 units. Ni-3(HITP)(2) and analogues thereof combine the high crystallinity of metal-organic frameworks, the physical durability and electrical conductivity of graphitic materials, and the diverse yet well-controlled synthetic accessibility of molecular species. Such properties may enable the targeted synthesis and systematic optimization of oxygen reduction electrocatalysts as components of fuel cells and electrolysers for renewable energy applications.
• Graphite-conjugated pyrazines as molecularly-tunable electrocatalysts

  Surendranath, Yogesh, Fukushima, Tomohiro

  Abstracts of Papers of the American Chemical Society 250 2015年 [査読有り][通常論文]
  
• Metal-coordinating molecular catalyst grafted onto carbon electrodes

  Surendranath, Yogesh, Fukushima, Tomohiro, Kim, Rebecca

  Abstracts of Papers of the American Chemical Society 250 2015年 [査読有り][通常論文]
  
• Graphite-Conjugated Pyrazines as Molecularly Tunable Heterogeneous Electrocatalysts

  Fukushima, T., Drisdell, W., Yano, J., Surendranath, Y.

  Journal of the American Chemical Society 137 34 10926 - 10929 2015年 [査読有り][通常論文]
   

  Condensation of ortho-phenylenediamine derivatives with ortho-quinone moieties at edge planes of graphitic carbon generates graphite-conjugated pyrazines (GCPs) that are active for oxygen reduction electro-catalysis in alkaline aqueous electrolyte. Catalytic rates of oxygen reduction are positively correlated with the electrophilicity of the active site pyrazine unit and can be tuned by over 70-fold by appending electron-withdrawing substituents to the phenylenediamine precursors. Discrete molecular analogs containing pyrazine moieties display no activity above background under identical conditions. This simple bottom up method for constructing molecularly well-defined active sites on ubiquitous graphitic solids enables the rational design of tunable heterogeneous catalysts.
• Control of Molecular Rotor Rotational Frequencies in Porous Coordination Polymers Using a Solid-Solution Approach

  Inukai, M., Fukushima, T., Hijikata, Y., Ogiwara, N., Horike, S., Kitagawa, S.

  Journal of the American Chemical Society 137 38 12183 - 12186 2015年 [査読有り][通常論文]
   

  Rational design to control the dynamics of molecular rotors in crystalline solids is of interest because it offers advanced materials with precisely tuned functionality. Herein, we describe the control of the rotational frequency of rotors in flexible porous coordination polymers (PCPs) using a solid-solution approach. Solid-solutions of the flexible PCPs [{Zn(5-nitroisophthalate)(x)(5-methoxyisophthalate)(1-x)(deuterated 4,4'-bipyridyl)}(DMF-MeOH)](n) allow continuous modulation of cell volume by changing the solid-solution ratio x. Variation of the isostructures provides continuous changes in the local environment around the molecular rotors (pyridyl rings of the 4,4'-bipyridyl group), leading to the control of the rotational frequency without the need to vary the temperature.
• Synthesis and porous properties of chromium azolate porous coordination polymers

  Kongpatpanich, K., Horike, S., Sugimoto, M., Fukushima, T., Umeyama, D., Tsutsumi, Y., Kitagawa, S.

  Inorganic Chemistry 53 18 9870 - 9875 2014年 [査読有り][通常論文]
   

  We developed a new route for synthesis of Cr-based porous coordination polymers (PCPs) with azole ligands and characterized the unique open structures by single-crystal X-ray studies and other spectroscopy techniques. Chromium-based PCPs have been prepared from azolate ligands 3,5-dimethyl-1H-pyrazole-4-carboxylic acid (H2dmcpz) and 1,4-di(1H-tetrazole-5yl)benzene (H2BDT) by solvothermal reactions under an Ar atmosphere. [Cr3O(Hdmcpz)(6)(DMF)(3)]superset of DMF (1 superset of DMF) is a coordination compound that forms a hydrogen-bonded porous network. [Cr3O(HBDT)(2)(BDT)Cl-3)]?DMF (2 superset of DMF) possesses a new type of trinuclear chromium mu(3)-O unit cluster and the novel topology of a Cr-based PCP with 700 m(2) g(-1) of BrunauerEmmettTeller surface area. [Cr(BDT)(DEF)]superset of DEF (3 superset of DEF) is structurally flexible and reactive to O-2 molecules because of the unsaturated Cr2+ centers. This is the first report of a Cr-based PCP/metalorganic framework with noncarboxylate ligands and characterization by single-crystal X-ray diffraction.
• Highly selective CO2 adsorption accompanied with low-energy regeneration in a two-dimensional Cu(II) porous coordination polymer with inorganic fluorinated PF6^- anions

  Noro, S.-I., Hijikata, Y., Inukai, M., Fukushima, T., Horike, S., Higuchi, M., Kitagawa, S., Akutagawa, T., Nakamura, T.

  Inorganic Chemistry 52 1 280 - 285 2013年 [査読有り][通常論文]
   

  High selectivity and low-energy regeneration for adsorption of CO2 gas were achieved concurrently in a two-dimensional Cu(II) porous coordination polymer, [Cu-(PF6)(2)(4,4'-bpy)(2)] (4,4'-bpy = 4,4'-bipyridine), containing inorganic fluorinated PF6- anions that can act as moderate interaction sites for CO2 molecules.
• Postsynthesis modification of a porous coordination polymer by LiCl to enhance H⁺ transport

  Horike, S., Kamitsubo, Y., Inukai, M., Fukushima, T., Umeyama, D., Itakura, T., Kitagawa, S.

  Journal of the American Chemical Society 135 12 4612 - 4615 2013年 [査読有り][通常論文]
   

  A Ca2+ porous coordination polymer with ID channels was functionalized by the postsynthesis addition of LiCl to enhance the H+ conductivity. The compound showed over 10(-2) S cm(-1) at 25 degrees C and 20% relative humidity. Pulse-field gradient NMR elucidated that the fast H+ conductivity was achieved by the support of Li+ ion movements in the channel.
• Pore design of two-dimensional coordination polymers toward selective adsorption

  Hijikata, Y., Horike, S., Sugimoto, M., Inukai, M., Fukushima, T., Kitagawa, S.

  Inorganic Chemistry 52 7 3634 - 3642 2013年 [査読有り][通常論文]
   

  We have synthesized four porous coordination polymers (PCPs) using Zn2+, 4,4'-sulfonyldibenzoate (sdb), and four types of dinitrogen linker ligands, 1,4-diazabicyclo[2,2,2]octane (dabco), 1,4-bis(4-pyridyl)benzene (bpb), 3,6-bis(4-pyridy1)-1,2,4,5-tetrazine (bpt), and 4,4'-bipyridyl (bpy). The bent sdb ligands form a rhombic space connected by zinc paddle-wheel units to form a one-dimensional double chain, and each dinitrogen ligand linked the one-dimensional double chains. There are different assembled structures of two-dimensional sheets with the same connectivities between Zn2+ and the organic ligands. [Zn-2(sdb)(2)(dabco)](n) (1) has a noninterpenetrated and noninterdigitated structure, [Zn-2(sdb)(2)(bpb)](n) (2) and [Zn-2(sdb)(2)(bpt)](n) (3) have interdigitated structures, and [Zn-2(sdb)(2)(bpy)](n) (4) has an interpenetrated structure. The length of the dinitrogen ligands dominated their assembled structures and flexibility, which influence the adsorption properties. The flexible frameworks of 2 and 3 provide different stepwise adsorption behaviors for CO2, CH4, C2H6, and C2H4 affected by their pore diameters and the properties of the gases. Their different adsorption properties were revealed by IR spectroscopy and X-ray analysis under a gas atmosphere. The framework of 4 possesses less flexibility and a smaller void space than the others and a negligible amount of CH4 was adsorbed; however, 4 can adsorb either C2H6 or C2H4 through the gate-opening phenomenon. Measurement of the solid-state H-2 NMR was also carried out to investigate the relationship between the framework structure and the dynamics of bpy with regard to the lower flexibility of 4. We have demonstrated a strategy to control the pore size and assembled structures toward selective adsorption properties of PCPs.
• High CO2/CH4 and C2 hydrocarbons/CH4 selectivity in a chemically robust porous coordination polymer

  Duan, J., Higuchi, M., Horike, S., Foo, M.L., Rao, K.P., Inubushi, Y., Fukushima, T., Kitagawa, S.

  Advanced Functional Materials 23 28 3525 - 3530 2013年 [査読有り][通常論文]
   

  A new porous coordination polymer, ([La(BTB)H2O]solvent (1guest)), is synthesized. Gas adsorption, ideal adsorbed solution theory (IAST) and breakthrough experiments of it exhibits high CH4 separation capability toward CO2 and C2 hydrocarbons at 273 K. In addition, this also shows good water and chemical stability, in particular, it is stable at pH = 14 at 100 degrees C, which is unprecedented for carboxylate-based porous coordination polymers. Furthermore, the effective adsorption site for separation is revealed by using an in situ diffuse reflectance IR fourier transform (DRIFT) spectra study.
• Programmed crystallization via epitaxial growth and ligand replacement towards hybridizing porous coordination polymer crystals

  Hirai, K., Chen, K., Fukushima, T., Horike, S., Kondo, M., Louvain, N., Kim, C., Sakata, Y., Meilikhov, M., Sakata, O., Kitagawa, S., Furukawa, S.

  Dalton Transactions 42 45 15868 - 15872 2013年 [査読有り][通常論文]
   

  Hybridized porous coordination polymers (PCPs) are synthesized through epitaxial growth or ligand replacement. Whereas epitaxial growth on the core crystal leads to a sandwich type PCP, ligand replacement near the surface of core crystal results in a core-shell type PCP.
• A solid solution approach to 2D coordination polymers for CH 4/CO2 and CH4/C2H6 gas separation: Equilibrium and kinetic studies

  Horike, S., Inubushi, Y., Hori, T., Fukushima, T., Kitagawa, S.

  Chemical Science 3 1 116 - 120 2012年 [査読有り][通常論文]
   

  Gas separation properties for CH4/CO2 and CH4/C2H6 of flexible 2D porous coordination polymers under equilibrium gas conditions and mixed gas flow conditions were investigated and the gas separation efficiencies were optimized by precise tuning of the flexibility in ligand-base solid solution compounds.
• Guest-to-host transmission of structural changes for stimuli-responsive adsorption property

  Yanai, N., Uemura, T., Inoue, M., Matsuda, R., Fukushima, T., Tsujimoto, M., Isoda, S., Kitagawa, S.

  Journal of the American Chemical Society 134 10 4501 - 4504 2012年 [査読有り][通常論文]
   

  We show that structural changes of a guest molecule can trigger structural transformations of a crystalline host framework. Azobenzene was introduced into a flexible porous coordination polymer (PCP), and cis/trans isomerizations of the guest azobenzene by light or heat successfully induced structural transformations of the host PCP in a reversible fashion. This guest-to-host structural transmission resulted in drastic changes in the gas adsorption property of the host guest composite, displaying a new strategy for creating stimuli-responsive porous materials.
• Dense coordination network capable of selective CO 2 capture from C1 and C2 hydrocarbons

  Horike, S., Kishida, K., Watanabe, Y., Inubushi, Y., Umeyama, D., Sugimoto, M., Fukushima, T., Inukai, M., Kitagawa, S.

  Journal of the American Chemical Society 134 24 9852 - 9855 2012年 [査読有り][通常論文]
   

  We elucidated the specific adsorption property of CO2 for a densely interpenetrated coordination polymer which was a nonporous structure and observed gas separation properties of CO2 over CH4, C2H4, and C2H6, studied under both equilibrium and kinetic conditions of gases at ambient temperature and pressure.
• Design of flexible lewis acidic sites in porous coordination polymers by using the viologen moiety

  Higuchi, M., Nakamura, K., Horike, S., Hijikata, Y., Yanai, N., Fukushima, T., Kim, J., Kato, K., Takata, M., Watanabe, D., Oshima, S., Kitagawa, S.

  Angewandte Chemie - International Edition 51 33 8369 - 8372 2012年 [査読有り][通常論文]
   

  Charged up: A novel porous coordination polymer with a charged organic surface (COS) comprising a zwitterionic organic linker, viologen, has been synthesized. The COS shows strong Lewis acidity accompanied with flexibility, and the isosteric heat of H2 adsorption is 9.5 kJ mol-1, which is comparable to that of open metal sites (OMSs). Copyright © 2012 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.
• Modular design of domain assembly in porous coordination polymer crystals via reactivity-directed crystallization process

  Fukushima, T., Horike, S., Kobayashi, H., Tsujimoto, M., Isoda, S., Foo, M.L., Kubota, Y., Takata, M., Kitagawa, S.

  Journal of the American Chemical Society 134 32 13341 - 13347 2012年 [査読有り][通常論文]
   

  The mesoscale design of domain assembly is crucial for controlling the bulk properties of solids. Herein, we propose a modular design of domain assembly in porous coordination polymer crystals via exquisite control of the kinetics of the crystal formation process. Employing precursors of comparable chemical reactivity affords the preparation of homogeneous solid-solution type crystals. Employing precursors of distinct chemical reactivity affords the preparation of heterogeneous phase separated crystals. We have utilized this reactivity-directed crystallization process for the facile synthesis of mesoscale architecture which are either solid-solution or phase-separated type crystals. This approach can be also adapted to ternary phase-separated type crystals from one-pot reaction. Phase-separated type frameworks possess unique gas adsorption properties that are not observed in single-phasic compounds. The results shed light on the importance of crystal formation kinetics for control of mesoscale domains in order to create porous solids with unique cooperative functionality.
• A soft copper(II) porous coordination polymer with unprecedented aqua bridge and selective adsorption properties

  Quartapelle Procopio, E., Fukushima, T., Barea, E., Navarro, J.A.R., Horike, S., Kitagawa, S.

  Chemistry - A European Journal 18 41 13117 - 13125 2012年 [査読有り][通常論文]
   

  Herein, the synthesis, crystal structure, and full characterization of a new soft porous coordination polymer (PCP) of ([Cu2(dmcapz)2(OH2)]DMF1.5)n (1) formulation, which is easily obtained in the reaction of CuX2 (X=Cl, NO3) salts with 3,5-dimethyl-4-carboxypyrazole (H2dmcapz) is present. Compound 1 shows a copper(II) dinuclear secondary building unit (SBU), which is supported by two pyrazolate bridges and an unprecedented H2O bridge. The dinuclear SBUs are further bridged by the carboxylate ligands to build a diamondoid porous network. The structural transformations taking place in 1 framework upon guest removal/uptake has been studied in detail. Indeed, the removal of the bridging water molecules gives rise to a metastable evacuated phase (1?b) that transforms into an extremely stable porous material (1?c) after freezing at liquid-nitrogen temperature. The soaking of 1?c into water allows the complete and instantaneous recover of the water-exchanged material (1?a'). Remarkably, 1?b and 1?c materials possess structural bistability, which results in the switchable adsorptive functions. Therefore, the gas-adsorption properties of both materials have been studied by means of single-component gas adsorption isotherms as well as by variable-temperature pulse-gas chromatography. Both materials present permanent porosity and selective gas-adsorption properties towards a variety of gases and vapors of environmental and industrial interest. Moreover, the flexible nature of the coordination network and the presence of highly active convergent open metal sites confer on these materials intriguing gas-adsorption properties with guest-triggered framework-breathing phenomena being observed. The plasticity of CuII metal center and its ability to form stable complexes with different coordination numbers is at the origin of the structural transformations and the selective-adsorption properties of the studied materials.
• Ligand-based solid solution approach to stabilisation of sulphonic acid groups in porous coordination polymer Zr 6O 4(OH) 4(BDC) 6 (UiO-66)

  Lin Foo, M., Horike, S., Fukushima, T., Hijikata, Y., Kubota, Y., Takata, M., Kitagawa, S.

  Dalton Transactions 41 45 13791 - 13794 2012年 [査読有り][通常論文]
   

  By adopting a ligand-based solid solution approach, the sulphonic acid functional group can be successfully incorporated into a porous coordination polymer with UiO-66 structure type. Zr6O4(OH)(4)(BDC-SO3H)(1.1)(BDC)(4.9) possesses enhanced heat of adsorption for carbon dioxide and acetone compared to Zr6O4(OH)(4)(BDC)(6).
• Incarceration of nanosized silica into porous coordination polymers: Preparation, characterization, and adsorption property

  Uemura, T., Kadowaki, Y., Kim, C.R., Fukushima, T., Hiramatsu, D., Kitagawa, S.

  Chemistry of Materials 23 7 1736 - 1741 2011年 [査読有り][通常論文]
   

  Sol gel polycondensation of tetramethoxysilane was performed in nanochannels of porous coordination polymers (PCPs), resulting in the formation of nanosized silica dispersed homogeneously inside the channels. In this system, the growth of silica was highly constrained, which increases the hydrophilic silanol moieties on the surface of silica particles. Deposition of silica particles into the nanochannels of PCPs could allow the remarkable alternations of the porous properties of the PCPs. Compared to the original PCP systems, adsorption of water was greatly enhanced because of the strong interaction between silica and water. The PCP silica nanocomposites preferred to adsorb 1,4-dioxane rather than cydohexane, showing the remarkable affinity of PCP silica hybrids to hydrophilic molecules. It is noteworthy that pore dimensionality of PCPs have properties of PCP silica hybrids. Compared to a PCP with three-dimensional interconnecting nanochannels, a PCP with one-dimensional porous system showed more significant gate effects on selectivity for the adsorbates. large effects on the adsorption
• Solid solutions of soft porous coordination polymers: Fine-tuning of gas adsorption properties

  Fukushima, T., Horike, S., Inubushi, Y., Nakagawa, K., Kubota, Y., Takata, M., Kitagawa, S.

  Angewandte Chemie - International Edition 49 28 4820 - 4824 2010年 [査読有り][通常論文]
   

  (Figure Presented) My flexible friend: Separation of a CO2/ CH4 mixture was optimized by varying the composition of solid solutions of interdigitated 2D frameworks comprising two different isophthalate ligands (see picture). The characteristics of the solid solutions were dependent on the ligand ratio, which influenced the inherent flexibility and therefore the adsorption properties of the frameworks. © 2010 Wlley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.
• Modification of flexible part in Cu²⁺ interdigitated framework for CH4/CO2 separation

  Inubushi, Y., Horike, S., Fukushima, T., Akiyama, G., Matsuda, R., Kitagawa, S.

  Chemical Communications 46 48 9229 - 9231 2010年 [査読有り][通常論文]
   

  The structural flexibility of Cu2+ interdigitated layer type framework was controlled and the compound represented clear separation property of CH4/CO2 at range of 0-1.0 MPa and recovery of adsorbed CO2 above 0.1 MPa.

その他活動・業績

• マイクロ構造電極における水素発生反応の動画観測評価

  阿部樹, 芦澤大輝, 佐藤大樹, 小橋川和磨, 福島知宏, 村越敬 化学系学協会北海道支部冬季研究発表会(Web) 2024 2024年
• マイクロ構造配列電極における水の振動強結合状態の評価

  板倉由依, 本川弘貴, 芦澤大輝, 福島知宏, 村越敬 化学系学協会北海道支部冬季研究発表会(Web) 2024 2024年
• 高速動画計測に基づく水素発生反応のナノ構造依存性

  田尾和花子, 佐藤大樹, 福島知宏, 村越敬 化学系学協会北海道支部冬季研究発表会(Web) 2024 2024年
• 振動強結合下におけるイオン伝導度変調の水和イオン環境依存性

  本川弘貴, 福島知宏, 村越敬 化学系学協会北海道支部冬季研究発表会(Web) 2024 2024年
• 酸素発生反応中間体に基づく触媒特性制御

  福島知宏, 土本兼廣, 深澤元貴, 村越敬 応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集(CD-ROM) 84th 2023年
• 遺伝的アルゴリズムによる酸素発生反応の多電子移動反応解析

  深澤元貴, 福島知宏, 村越敬 化学系学協会北海道支部冬季研究発表会(Web) 2023 2023年
• 中性水電解に向けた酸素発生反応NiFe触媒電極の創出

  小橋川和磨, 芦澤大輝, 福島知宏, 村越敬 化学系学協会北海道支部冬季研究発表会(Web) 2023 2023年
• 構造電極のin-situ電気化学Raman振動分光法による酸素発生触媒機能評価

  土本兼廣, 小山田伸明, 福島知宏, 村越敬 化学系学協会北海道支部冬季研究発表会(Web) 2023 2023年
• 電極ナノ構造化による高活性酸素発生反応触媒能の創出

  斉藤大朗, 佐藤大樹, 土本兼廣, 福島知宏, 村越敬 ナノ学会大会講演予稿集 21st (Web) 2023年
• ナノ構造電極の水素発生反応における気泡生成-成長による触媒活性評価

  佐藤大樹, 小山田伸明, 鈴木燎侍, 南本大穂, 福島知宏, 村越敬 ナノ学会大会講演予稿集 21st (Web) 2023年
• 機械学習による酸素発生反応機構解析

  福島知宏, 深澤元貴, 村越敬 ナノ学会大会講演予稿集 21st (Web) 2023年
• 振動ポラリトン状態を利用した水の物性制御

  福島知宏 日本表面真空学会東北・北海道支部学術講演会講演予稿集 2022 (CD-ROM) 2023年
• 振動強結合によるイオン伝導体の物性改革

  福島知宏 豊田研究報告(Web) (76) 2023年
• 電気化学Raman振動分光法による酸素発生反応中間体のin-situ観測

  土本兼廣, 小山田伸明, 福島知宏, 村越敬 日本化学会春季年会講演予稿集(Web) 103rd 2023年
• 中性水電解に向けたNiFe触媒の酸素発生触媒特性の評価

  小橋川和磨, 芦澤大輝, 福島知宏, 村越敬 日本化学会春季年会講演予稿集(Web) 103rd 2023年
• 酸素発生多電子移動反応の機械学習解析

  深澤元貴, 福島知宏, 村越敬 日本化学会春季年会講演予稿集(Web) 103rd 2023年
• 水電解酸素発生電極における表面構造効果

  芦澤大輝, 福島知宏, 松尾保孝, 村越敬 日本化学会春季年会講演予稿集(Web) 103rd 2023年
• 高速動画計測に基づく水素発生反応のナノ構造依存性評価

  田尾和花子, 佐藤大樹, 小山田伸明, 福島知宏, 村越敬 分子科学討論会講演プログラム&要旨(Web) 17th 2023年
• ナノ構造により変調する水素発生反応同位体効果の観測

  佐藤大樹, 小山田伸明, 南本大穂, 福島知宏, 村越敬 分子科学討論会講演プログラム&要旨(Web) 17th 2023年
• 振動強結合状態形成によるイオン伝導度変調

  本川弘貴, 吉光創之, 福島知宏, 村越敬 分子科学討論会講演プログラム&要旨(Web) 17th 2023年
• 深強結合状態創出に向けた2次元格子プラズモンと分子励起子との相互作用制御

  大石希, 林峻大, 南本大穂, 福島知宏, 村越敬 分子科学討論会講演プログラム&要旨(Web) 17th 2023年
• マイクロ構造電極における水素発生反応の構造依存性評価

  阿部樹, 芦澤大輝, 佐藤大樹, 小橋川和磨, 福島知宏, 村越敬 分子科学討論会講演プログラム&要旨(Web) 17th 2023年
• マイクロ構造電極における水の振動ポラリトン状態の分光評価

  板倉由依, 芦澤大輝, 吉光創之, 福島知宏, 村越敬 分子科学討論会講演プログラム&要旨(Web) 17th 2023年
• マイクロ構造電極による酸素発生反応の特性制御

  小橋川和磨, 芦澤大輝, 福島知宏, 村越敬 分子科学討論会講演プログラム&要旨(Web) 17th 2023年
• 機械学習による酸素発生反応機構解析

  米山伸二, 深澤元貴, 福島知宏, 村越敬 分子科学討論会講演プログラム&要旨(Web) 17th 2023年
• 酸素発生反応におけるナノ構造電極の触媒活性評価

  斉藤大朗, 鈴木燎侍, 土本兼廣, 佐藤大樹, 福島知宏, 村越敬 分子科学討論会講演プログラム&要旨(Web) 17th 2023年
• 振動ポラリトン形成による水・水和イオンのダイナミクス制御

  福島知宏, 吉光創之, 村越敬 応用物理学会春季学術講演会講演予稿集(CD-ROM) 70th 2023年
• In-situ電気化学ラマン分光法によるナノ構造電極の酸素発生反応分子メカニズムの調査

  土本兼廣, 小山田伸明, 福島知宏, 村越敬 分子科学討論会講演プログラム&要旨(Web) 17th 2023年
• 強結合に着目した電気化学系の機能創出

  福島知宏 分子科学討論会講演プログラム&要旨(Web) 17th 2023年
• 真空場-分子強結合における電子移動反応速度変調の理論的検討

  林峻大, 福島知宏, 村越敬 分子科学討論会講演プログラム&要旨(Web) 17th 2023年
• マイクロ構造電極による酸素発生反応変調の動画観測評価

  芦澤大輝, 福島知宏, 村越敬 分子科学討論会講演プログラム&要旨(Web) 17th 2023年
• 強結合に着目した電極触媒およびイオン伝導体の機能創出

  福島知宏 Molecular Science (Web) 17 (1) 2023年
• 電気化学環境場における強結合現象の設計・制御・応用—Design, control, and application of strong coupling states for aqueous electrochemical environments

  福島 知宏, 村越 敬 応用物理 91 (11) 675 -678 2022年11月
• 金属ナノ粒子/光酸複合体の調製と光学特性評価

  米山伸二, 芦澤大輝, 福島知宏, 村越敬 化学系学協会北海道支部冬季研究発表会(Web) 2022 2022年
• 振動強結合による電解質水溶液のイオン伝導度制御

  吉光創之, 福島知宏, 村越敬 分子科学討論会講演プログラム&要旨(Web) 16th 2022年
• 核磁気共鳴分光法による水素発生光触媒反応の包括的観測

  芦澤大輝, 福島知宏, 村越敬 分子科学討論会講演プログラム&要旨(Web) 16th 2022年
• 濃厚電解質水溶液のイオン伝導度のポラリトニック制御

  福島知宏, 森谷佳司, 吉光創之, 村越敬 分子科学討論会講演プログラム&要旨(Web) 16th 2022年
• 振動強結合状態下における水和イオンの構造とイオン伝導挙動の特異性

  福島知宏, 吉光創之, 村越敬 電気化学会大会講演要旨集(CD-ROM) 89th 2022年
• 光共振器による電解質水溶液のイオン伝導性制御

  吉光創之, 福島知宏, 村越敬 日本化学会春季年会講演予稿集(Web) 102nd 2022年
• 構造電極による酸素発生触媒特性変調

  芦澤大輝, 福島知宏, 村越敬 日本化学会春季年会講演予稿集(Web) 102nd 2022年
• 表面構造制御による酸素発生触媒特性変調

  芦澤大輝, 福島知宏, 村越敬 ナノ学会大会講演予稿集 20th 2022年
• 振動強結合状態における電解質水溶液のイオン伝導特性変調

  福島知宏, 吉光創之, 森谷佳司, 村越敬 ナノ学会大会講演予稿集 20th 2022年
• 電解質水溶液の振動強結合によるイオン伝導度の向上

  吉光創之, 福島知宏, 村越敬 分子科学討論会講演プログラム&要旨(Web) 15th 2021年
• 振動強結合状態の水の電気化学特性評価

  福島知宏, 吉光創之, 村越敬 応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集(CD-ROM) 82nd 2021年
• 振動強結合下での水の分光特性評価とイオン伝導度への影響

  福島知宏, 吉光創之, 村越敬 日本分光学会年次講演会 2021 (CD-ROM) 2021年
• 共振器マイクロ流路での電解質水溶液の電気化学特性評価

  福島知宏, 吉光創之, 村越敬 電気化学秋季大会講演要旨集(CD-ROM) 2021 2021年
• プラズモン誘起水素発生触媒過程の核磁気共鳴観測

  芦澤大輝, 福島知宏, 村越敬 分子科学討論会講演プログラム&要旨(Web) 15th 2021年
• プラズモニックナノ構造によるプロトン伝導能の光制御

  崔元碩, 福島知宏, 村越敬 分子科学討論会講演プログラム&要旨(Web) 15th 2021年
• 核磁気共鳴分光法による水素発生触媒の表面観測

  芦澤大輝, 福島知宏, 村越敬 日本化学会春季年会講演予稿集(Web) 101st 2021年
• 分子修飾グラフェン/Au界面でのプロトン移動の同位体効果

  駒井貴羽, 福島知宏, ZHOU Ruifeng, 村越敬 日本化学会春季年会講演予稿集(Web) 101st 2021年
• 光共振器による水分子の振動強結合制御

  吉光創之, 福島知宏, 村越敬 日本化学会春季年会講演予稿集(Web) 101st 2021年
• 金属ナノ構造によるプロトン伝導光制御

  福島知宏, 崔元碩, 村越敬 電気化学会大会講演要旨集(CD-ROM) 88th 2021年
• 核磁気共鳴分光法による水素発生同位体選択制の評価

  芦澤大輝, 福島知宏, 村越敬 ナノ学会大会講演予稿集 19th 2021年
• Auナノ構造界面における光応答性プロトン伝導の観測

  福島知宏, 崔元碩, 村越敬 応用物理学会春季学術講演会講演予稿集(CD-ROM) 68th 2021年
• 電気化学電位制御下Raman分光法によるグラフェン/Auのプロトン透過能評価

  福島 知宏, 馰井 貴羽, 長谷部 秀尭, 村越 敬 応用物理学会学術講演会講演予稿集 2020.2 840 -840 2020年08月26日
• 光応答性プロトン伝導ナノ薄膜の創成

  崔元碩, 福島知宏, 村越敬 ナノ学会大会講演予稿集 18th 2020年
• 金属界面におけるプロトン伝導性柔粘性結晶の光相変化

  福島知宏, 鈴木慎哉, 村越敬 日本化学会春季年会講演予稿集(CD-ROM) 100th 2020年
• 金属ナノ構造近傍のプロトン伝導能局所計測

  崔元碩, 福島知宏, 村越敬 日本化学会春季年会講演予稿集(CD-ROM) 100th 2020年
• 分子修飾によるグラフェンのプロトン透過能変調

  駒井貴羽, 福島知宏, 村越敬 日本化学会春季年会講演予稿集(CD-ROM) 100th 2020年
• 修飾分子によるグラフェンのプロトン透過能制御

  駒井貴羽, 福島知宏, ZHOU Ruifeng, 村越敬 ナノ学会大会講演予稿集 18th 2020年
• 金属ナノ構造界面における固体電解質の構造異常

  福島知宏, 鈴木慎哉, 村越敬 ナノ学会大会講演予稿集 18th 2020年
• 金属ナノ構造界面におけるプロトン伝導性柔粘性結晶の相転移挙動評価

  福島知宏, 鈴木慎哉, 村越敬 電気化学会大会講演要旨集(CD-ROM) 87th 2020年
• 金属ナノ構造・プロトン伝導体複合体の光応答

  福島知宏, 崔元碩, 鈴木慎哉, 村越敬 固体イオニクス討論会講演要旨集 45th 2019年
• 分子修飾によるグラフェンのプロトン移動特性変調

  福島知宏, 駒井貴羽, 長谷部秀尭, 村越敬 分子科学討論会講演プログラム&要旨(Web) 13th ROMBUNNO.2A16 (WEB ONLY) 2019年 [査読無し][通常論文]
  
• プラズモニック銀ナノ構造における表面増強ラマン散乱イメージング

  宮内輝, 小山田伸明, 及川隼平, 福島知宏, 村越敬 日本化学会春季年会講演予稿集(CD-ROM) 99th ROMBUNNO.1D3‐17 2019年 [査読無し][通常論文]
  
• 金属ナノ構造によるプロトン伝導材料の光制御

  福島知宏, 村越敬 電気化学会大会講演要旨集(CD-ROM) 86th ROMBUNNO.2L05 2019年 [査読無し][通常論文]
  
• 電極界面におけるプロトン伝導性柔粘性結晶の相転移挙動

  鈴木慎哉, 福島知宏, 村越敬 電気化学秋季大会講演要旨集(CD-ROM) 2019 ROMBUNNO.1C10 2019年 [査読無し][通常論文]
  
• 水素分子-金属表面の相互作用を活用したプロトン伝導体の光応答

  福島知宏, 崔元碩, 村越敬 電気化学秋季大会講演要旨集(CD-ROM) 2019 ROMBUNNO.1E17 2019年 [査読無し][通常論文]
  
• 金属ナノ構造担持プロトン伝導体の光応答

  福島知宏, 村越敬 応用物理学会春季学術講演会講演予稿集(CD-ROM) 66th ROMBUNNO.10a‐S423‐8 2019年 [査読無し][通常論文]
  
• カーボンナノリングのガス吸着挙動におけるリングサイズ依存性

  坂本裕俊, 尾崎仁亮, 福島知宏, 伊丹健一郎 日本吸着学会研究発表会講演要旨集 32nd 27 2018年 [査読無し][通常論文]
  
• 半イオン結合性を有するフッ素ドープ炭素による酸素発生反応

  KIM Jeheon, ZHOU Ruifeng, ZHOU Ruifeng, 保田諭, 福島知宏, 村越敬 分子科学討論会講演プログラム&要旨(Web) 12th ROMBUNNO.2P051 (WEB ONLY) 2018年 [査読無し][通常論文]
  
• グラフェン/金属電極における分子修飾による触媒特性の発現

  福島知宏, 長谷部秀尭, 村越敬 分子科学討論会講演プログラム&要旨(Web) 12th ROMBUNNO.2B16 (WEB ONLY) 2018年 [査読無し][通常論文]
  
• 化学修飾グラフェン/Au電極におけるプロトン透過能の電気化学的制御

  長谷部秀尭, 福島知宏, 村越敬 分子科学討論会講演プログラム&要旨(Web) 12th ROMBUNNO.3P053 (WEB ONLY) 2018年 [査読無し][通常論文]
  
• 電気化学電位制御下におけるプラズモニック銀ナノ構造の発光/ラマン局所イメージング

  宮内輝, 福島知宏, 小山田伸明, 及川隼平, 村越敬 光化学討論会要旨集(CD-ROM) 2018 ROMBUNNO.2P005 2018年 [査読無し][通常論文]
  
• 金属ナノ粒子表面のプロトン伝導設計に向けたプロトンダイナミクス解析

  福島知宏, 村越敬 電気化学秋季大会講演要旨集(CD-ROM) 2018 ROMBUNNO.1M03 2018年 [査読無し][通常論文]
  
• ルテニウム触媒を用いた光駆動型芳香族C-Hイミド化反応

  伊藤江里, 伊藤江里, 福島知宏, 川上貴大, 川上貴大, 村上慧, 村上慧, 伊丹健一郎, 伊丹健一郎, 伊丹健一郎 日本化学会春季年会講演予稿集(CD-ROM) 97th ROMBUNNO.3E2‐01 2017年 [査読無し][通常論文]
  
• 動的界面を用いた環状共役分子の二次元構造制御

  森泰蔵, AMIT Dalui, 坂本裕俊, 坂本裕俊, 田中啓之, 田中啓之, 福島知宏, 福島知宏, 鈴木健吾, 松本睦良, KUMAR Shrestha Lok, 伊丹健一郎, 伊丹健一郎, 有賀克彦 高分子学会予稿集(CD-ROM) 66 (1) ROMBUNNO.2D09 2017年 [査読無し][通常論文]
  
• ナノカーボン電析へ向けた電極反応の開発

  福島知宏, 福島知宏, 坂本裕俊, 坂本裕俊, 伊丹健一郎, 伊丹健一郎, 伊丹健一郎 電気化学秋季大会講演要旨集(CD-ROM) 2017 ROMBUNNO.2B09 2017年 [査読無し][通常論文]
  
• Molecularly tunable electrocataysis at the edge surface of graphite sheet

  福島 知宏, Surendranath Yogesh 表面科学学術講演会要旨集 36 (0) 290 -290 2016年 [査読無し][通常論文]
   

  グラファイトのエッジの表面酸化物のひとつであるorthoキノン残基と、orthoフェニレンジアミン誘導体を反応させることにより、グラファイトに共役したピラジンを合成した。構造はXPS、X線吸収スペクトルにより同定した。また表面電気化学測定により、自己集合性単分子膜程度の表面密度を有し、十分に早い酸化還元速度で酸化還元できることが明らかとなった。ピラジン誘導体を系統的に変化させることで、より合理的な形で電気化学的酸素還元特性を制御できることが明らかとなった。
• 配位高分子を利用した固体内分子回転の精密制御

  犬飼宗弘, 堀毛悟史, 福島知宏, 北川進 日本化学会講演予稿集 94th (2) 612 2014年 [査読無し][通常論文]
  
• 配位空間での交互積層構造形成による同位体の増幅的認識

  福島知宏, 堀毛悟史, 北川進 日本化学会講演予稿集 94th (3) 945 2014年 [査読無し][通常論文]
  
• 配位高分子の内部修飾によって誘起される高速プロトン拡散

  上坪祐介, 堀毛悟史, 福島知宏, 犬飼宗弘, 北川進 日本化学会講演予稿集 93rd (2) 635 2013年 [査読無し][通常論文]
  
• 柔軟性錯体による同位体の認識

  福島知宏, 堀毛悟史, 北川進 日本化学会講演予稿集 93rd (3) 750 2013年 [査読無し][通常論文]
  
• 多孔性配位錯体が示すゲート吸着現象の温度依存性予測手法の構築

  沼口遼平, 山本愛, 杉山隼人, 田中秀樹, 渡邉哲, 福島知宏, 土方優, 堀毛悟史, 北川進, 宮原稔 化学工学会秋季大会研究発表講演要旨集(CD-ROM) 45th ROMBUNNO.S121 2013年 [査読無し][通常論文]
  
• 振動回転分光法による柔軟性配位高分子のガス吸着過程の追跡

  福島知宏, 堀毛悟史, 北川進 日本化学会講演予稿集 92nd (3) 963 2012年 [査読無し][通常論文]
  
• 多孔性錯体とリチウム塩の複合体の合成とイオン伝導挙動の評価

  上坪祐介, 堀毛悟史, 福島知宏, 犬飼宗弘, 北川進 日本化学会講演予稿集 92nd (2) 527 2012年 [査読無し][通常論文]
  
• インターデジテート型多孔性配位高分子が示す吸着構造転移現象のモデル化

  沼口遼平, 山本愛, 杉山隼人, 田中秀樹, 渡邉哲, 福島知宏, 土方優, 堀毛悟史, 北川進, 宮原稔 化学工学会秋季大会研究発表講演要旨集(CD-ROM) 44th ROMBUNNO.F205 2012年 [査読無し][通常論文]
  
• ゲート型吸着への金属イオンの効果

  福島知宏, 堀毛悟史, 堀毛悟史, 北川進, 北川進, 北川進 錯体化学会討論会講演要旨集 62nd 263 2012年 [査読無し][通常論文]
  
• 一次元錯体チャネルにおける高速イオン伝導の拡散NMR法による評価

  上坪祐介, 堀毛悟史, 堀毛悟史, 福島知宏, 犬飼宗弘, 北川進, 北川進 錯体化学会討論会講演要旨集 62nd 388 2012年 [査読無し][通常論文]
  
• 多孔性金属錯体の細孔内におけるイオン伝導の拡散NMR法による評価

  犬飼宗弘, 上坪祐介, 堀毛悟史, 堀毛悟史, 福島知宏, 北川進, 北川進 Abstracts. Annual Meeting of the NMR Society of Japan 51st 384 -385 2012年 [査読無し][通常論文]
  
• スタックレイヤー型多孔性配位高分子が示すゲート吸着現象のモデル化

  沼口遼平, 山本愛, 杉山隼人, 田中秀樹, 渡邉哲, 福島知宏, 土方優, 堀毛悟史, 北川進, 宮原稔 日本吸着学会研究発表会講演要旨集 26th 29 2012年 [査読無し][通常論文]
  
• 討論会レビュー ポスター賞 柔軟性錯体の固溶体を用いたガス吸着能の系統的制御

  福島 知宏 Bulletin of Japan Society of Coordination Chemistry 57 (57) 132 -134 2011年05月 [査読無し][通常論文]
  
• 柔軟な多孔性錯体におけるヘテロ結晶ドメインのサイズに依存したガス吸着特性

  福島知宏, 堀毛悟史, 北川進, 北川進, 北川進 分子科学討論会講演プログラム&要旨(Web) 5th ROMBUNNO.2D11 (WEB ONLY) 2011年 [査読無し][通常論文]
  
• 金属塩の反応性の違いを利用した多孔性金属錯体の階層構造制御

  福島知宏, 堀毛悟史, 北川進 日本化学会講演予稿集 91st (2) 243 2011年 [査読無し][通常論文]
  
• 柔軟性錯体の固溶体を用いたガス吸着能の系統的制御

  福島知宏 Bulletin of Japan Society of Coordination Chemistry 57 132 -134 2011年 [査読無し][通常論文]
  
• 多孔性錯体による混合気体中からの二酸化炭素分離

  福島知宏, 堀毛悟史, 北川進 配管技術 53 (9) 27 -31 2011年 [査読無し][通常論文]
  
• 錯体生成速度の違いを利用した相分離・固溶体型錯体の合成とそのガス吸着挙動

  福島知宏, 堀毛悟史, 北川進, 北川進, 北川進 錯体化学会討論会講演要旨集 61st 172 2011年 [査読無し][通常論文]
  
• 胎児期に巨大右房で気づかれ出生後に経皮的肺動脈弁形成術(PTPV)を施行した純型肺動脈閉鎖(PA/IVS)の1例

  林知宏, 土本啓嗣, 向井丈雄, 福島文, 田中愛子, 原茂登, 脇研自, 新垣義夫 広島医学 63 (3) 2010年
• 柔軟性錯体の固溶体における構造とガス吸着能との相関

  福島知宏, 堀毛悟史, 松田亮太郎, 北川進, 北川進, 北川進 分子科学討論会講演プログラム&要旨(Web) 4th ROMBUNNO.4P052 (WEB ONLY) 2010年 [査読無し][通常論文]
  
• インターデジテート系配位錯体が示す特異な吸着挙動と熱力学的解析

  杉山隼人, 山本愛, 田中秀樹, 渡邉哲, 福島知宏, 土方優, 堀毛悟史, 久保田佳基, 北川進, 宮原稔 化学工学会年会研究発表講演要旨集(CD-ROM) 75th ROMBUNNO.L208 2010年 [査読無し][通常論文]
  
• Fe(II)Pt(II)からなる多孔性配位高分子を用いた不均一アセタール化反応

  梅山大樹, 堀毛悟史, 福島知宏, 北川進 日本化学会講演予稿集 90th (2) 230 2010年 [査読無し][通常論文]
  
• 柔軟な多孔性錯体の固溶体による吸着等温線の精密制御

  福島知宏, 堀毛悟史, 中川啓史, 北川進 日本化学会講演予稿集 90th (2) 266 2010年 [査読無し][通常論文]
  
• 多孔性配位高分子のダイナミクスを利用したCO₂ガス分離材の開発

  堀毛悟史, 福島知宏, 犬伏康貴, 北川進, 北川進 高分子学会予稿集(CD-ROM) 59 (2 Disk1) ROMBUNNO.1R17 2010年 [査読無し][通常論文]
  
• 柔軟性錯体の固溶体を用いたガス吸着能の系統的制御

  福島知宏, 堀毛悟史, 松田亮太郎, 北川進, 北川進, 北川進 錯体化学討論会講演要旨集 60th 258 2010年 [査読無し][通常論文]
  
• マクロライド耐性と考えられたマイコプラズマ肺炎7例の検討

  田中愛子, 河村加奈子, 花岡義明, 福島文, 野田良典, 福島雅子, 大野智子, 徳増裕宣, 上山伸也, 柴田敬, 林知宏, 田中紀子, 久保田真通, 原茂登, 西田吉伸, 藤原充弘, 脇研自, 渡部晋一, 桑門克治, 新垣義夫 広島医学 62 (3) 2009年
• 体重増加不良を契機に発見された左冠動脈肺動脈起始症の1例

  林知宏, 脇研自, 福島雅子, 柴田敬, 原茂登, 新垣義夫, 笠原真悟, 佐野俊二 広島医学 62 (3) 2009年
• 5-ジメチルアミノイソフタル酸を配位子とした多孔性金属錯体の合成と吸着特性

  福島知宏, 中川啓史, 松田亮太郎, 北川進, 北川進 日本化学会講演予稿集 89th (1) 352 2009年 [査読無し][通常論文]
  
• 配位子混合系による柔軟性多孔性錯体の吸着挙動制御

  福島知宏, 堀毛悟史, 中川啓史, 北川進, 北川進, 北川進 コロイドおよび界面化学討論会講演要旨集 62nd 378 2009年 [査読無し][通常論文]
  
• 配位子混合系による柔軟性多孔性錯体の吸着挙動制御

  福島知宏, 堀毛悟史, 中川啓史, 北川進, 北川進, 北川進 錯体化学討論会講演要旨集 59th 199 2009年 [査読無し][通常論文]
  
• 構造柔軟性を有する多孔性配位高分子の合成とその機能

  福島知宏, 中川啓史, 田中大輔, 北川進 錯体化学討論会講演要旨集 58th 301 2008年 [査読無し][通常論文]
  

特許

• 特許第7359409号:D2Oおよび/またはHDOを濃縮した水の製造方法および製造装置  

  村越 敬, 南本 大穂, 福島 知宏  国立大学法人北海道大学  202303005062981951
• 特開2020-138159:D2Oおよび/またはHDOを濃縮した水の製造方法および製造装置  2020年09月03日

  村越 敬, 南本 大穂, 福島 知宏  国立大学法人北海道大学  202003011676332427
• 特開2017-218443:スルホンイミド化芳香族化合物の製造方法  2017年12月14日

  伊丹 健一郎, 村上 慧, 伊藤 江里, 川上 貴大, 福島 知宏  国立大学法人名古屋大学  201703018904035240
• 特許第5649342号:金属錯体及びその製造方法  2014年11月21日

  犬伏 康貴, 三津家 由子, 岸田 圭輔, 西口 靖子, 北川 進, 堀毛 悟史, 福島 知宏  株式会社クラレ, 国立大学法人京都大学  201503084622992436
• 特許第5574669号:金属錯体及びそれからなる分離材  2014年07月11日

  犬伏 康貴, 北川 進, 堀毛 悟史, 福島 知宏  株式会社クラレ, 国立大学法人京都大学  201403044194937680
• 特開2012-017268:金属錯体及びその製造方法  2012年01月26日

  犬伏 康貴, 三津家 由子, 岸田 圭輔, 西口 靖子, 北川 進, 堀毛 悟史, 福島 知宏  株式会社クラレ, 昭栄化学工業株式会社, 昭和電工株式会社, 東洋紡績株式会社, 国立大学法人京都大学  201203046883860641
• 特開2011-068631:金属錯体及びそれからなる分離材  2011年04月07日

  犬伏 康貴, 北川 進, 堀毛 悟史, 福島 知宏  株式会社クラレ, 国立大学法人京都大学  201103015411188680

受賞

• 2024年03月 電気化学会 光電気化学研究懇談会 第20回Honda-Fujishima Prize
  
• 2022年09月 分子科学会 第15回分子科学会奨励賞
  
• 2022年07月 American Chemical Society Journal of Physical Chemistry Young Investigator
  
• 2021年10月 日本分光学会 若手講演賞
  
• 2014年06月 2014 Reaxys PhD Prize Finalist
  
• 2013年03月 日本化学会 学生講演賞
  
• 2012年06月 IACIS 2012 Soft Matter Poster Prize
  
• 2010年09月 分子科学会 優秀ポスター賞
  
• 2010年09月 錯体化学会 ポスター賞
  

共同研究・競争的資金等の研究課題

• 強結合による電気化学エネルギー変換学理の革新

  科学技術振興機構：戦略的創造研究推進事業 さきがけ

  研究期間 : 2023年10月 -2026年03月 

  代表者 : 福島知宏

   

  本研究では共振場-物質の量子光学相互作用である強結合により、電気化学エネルギー変換の学理革新を目指します。真空場の局在性、電場強度の制御可能な共振場の創出を行います。水の物性制御を基軸とし、イオン伝導、電極触媒特性変調を分光電気化学的に評価を行い、結合強度の物性変化に与える寄与を明らかとします。また、熱と仕事の分配の強結合効果を検討することで、基礎学理の解明、エネルギー変換への応用を開拓します。
• 界面プロトン移動度制御による多電子移動電極反応の高効率化

  日本学術振興会：科学研究費助成事業

  研究期間 : 2022年06月 -2025年03月 

  代表者 : 村越 敬, 福島 知宏, 南本 大穂

   

  本研究においては水分子と共振場が強く相互作用したポラリトン状態に着目し、界面プロトン移動度制御に基づく多電子移動電極反応の効率化を目指す。共振器中において電解質水溶液のプロトン移動度が一桁上昇したことに端をなしており、共振器構造体を電極―電解質界面へと導入することによって、界面プロトン移動度制御を行い、触媒活性である過電圧低減や反応選択性を導入する試みである。 4電子移動反応である酸素発生反応を対象として、構造電極の与える効果に関して検討を行った。構造電極の作成はレーザーリソグラフィなどのトップダウンの手法を利用して行い、電気化学応答が十分に計測可能な面積での良好な矩形構造の作成に成功した。これらの構造体は赤外領域においてフォトニックバンドを有していることが明らかとなり、分子振動と共鳴可能な共振器構造体を電極―電解質界面において作成することに成功した。さらには触媒活性の構造依存性を検証するために電気化学電位制御下での顕微観察を導入し、活性の高い電極のスクリーニングが可能であることを実証した。構造電極の光学特性が水のOH伸縮振動と共鳴する場合には触媒活性が加速されることを明らかとした。さらには非緩衝溶液において観測されるOH－の拡散に由来する触媒電流の増大が確認され、従来の共振器において観測されていた界面のイオン移動度の制御が可能となることを実証した。またNi―Fe系触媒の開発も同時に行い、電極構造を保持したままでのFeドーピングによる活性向上も実証した。酸素発生反応の機構解析を網羅的に行うために熱力学―速度論パラメータの機械学習をもととした反応速度解析手法を開発した。これらの手法を利用することにより、実験データと同時に熱力学―速度論パラメータの網羅的探索および反応パスの検証を行うことを可能とした。
• ポラリトニック電極の電気化学特性評価

  日本学術振興会：科学研究費助成事業

  研究期間 : 2022年04月 -2025年03月 

  代表者 : 村越 敬, 福島 知宏

   

  金属ナノ構造を可視光波長程度の間隔にて二次元配列整列した表面格子構造によって伝播型表面プラズモンSurface Lattice Resonance (SLR) モードを誘起する事が可能となる。SLR特性は600 nmから800 nmの間で精密に制御することが可能であり、プラズモン励起に伴う散乱特性が解説によって制御されることにより、長寿命な状態がSLR特性を有する金属ナノ構造配列電極に対して色素分子を結合させ、反応場の厚さを制御することにより、電気化学制御にもとづくRabi分裂エネルギーの精密制御に成功した。Rabi分裂エネルギーの変化からポラリトン形成に寄与する分子の空間分布を明らかにすることができ、SLRモードの真空場の電場空間分布が数100ナノメートルに達することを明らかとした。またSLRモードの先鋭化を利用することにより、結合強度が最大で0.5 程度の値を示す超強結合状態となる系の創出にも成功した。本系においては特徴的な多準位系のポラリトン状態が観測され、SLRに由来した長寿命なポラリトン状態が形成していると考えられる。またポラリトン状態におけるピークの半値幅としても0.1 eVを下回る先鋭なピークが観測され、励起状態における長寿命状態が示唆された。 電子移動反応へと拡張するために、単一電子移動反応および多電子移動反応での電子移動反応速度計測を確立した。これによりポラリトン状態における電子移動反応制御を確立する。
• 分子修飾グラフェンによる燃料電池の創出

  公益財団法人 近藤記念財団：令和3年度（第8回）研究助成

  研究期間 : 2021年10月 -2023年09月 

  代表者 : 福島知宏
• 振動強結合によるイオン伝導体の物性改革

  公益財団法人 豊田理化学研究所: 2022年度豊田理研スカラー：

  研究期間 : 2022年04月 -2023年03月 

  代表者 : 福島知宏
• 振動準位変調によるプロトン伝導特性制御

  日本学術振興会：科学研究費助成事業

  研究期間 : 2021年04月 -2023年03月 

  代表者 : 福島 知宏

   

  分子の有する振動エネルギーと真空場の光学エネルギーが量子相関を有することで振動ポラリトン状態という分子間にエネルギー相関を有する状態が創出される。特に結合エネルギーが大きいときには振動強結合状態と呼ばれる状態が生じ、近年では熱化学反応のダイナミクスを制御可能な指針として提案されている。振動強結合状態の電気化学系への適用とその原理探索を目的として、本年度は共振器中における水の振動強結合の観測と電解質水溶液のイオン伝導度変調に関して検討を行った。 分光計測および電気化学計測が適用可能なセルを開発し、電解質水溶液の厚さを数μm程度とした上で、角度依存分光計測を行ったところ、OH伸縮モードが共振器モードと強く結合することが明らかとなった。水の分子濃度に依存して結合強度を弱結合の領域から超強結合領域まで制御可能なことを明らかとした。さらには共振器の厚さを制御して、共振器モードを2,3,4次と制御したところ、超強結合状態下においては、共振器モードに依存して水の水素結合の状態がバルクとは異なることが示唆された(J. Phys. Chem. C, 2021)。 電気化学交流インピーダンス計測より、共振器中における電解質水溶液のイオン伝導度および誘電率に関して検討を行った。対照実験として、セル定数が同じでありながら、共振モードを有さないセルにおいてはイオン伝導度および誘電率はバルクの物性値と同じであった。一方で共振器中においては、誘電率の向上とイオン伝導度の向上が観測された。特にプロトン伝導度に関しては最大で1桁以上ものイオン伝導度の増大が明らかとなった。
• イオンの自由度を制御する金属ナノ構造複合系の創出

  日本学術振興会：科学研究費助成事業

  研究期間 : 2020年04月 -2022年03月 

  代表者 : 福島 知宏

   

  蓄電固体界面デバイスの発展に向けて、光の有する自由度を導入し、界面イオニクスの自由度の制御を目的として研究を行っている。特に局在表面プラズモン共鳴を利用した金属ナノ構造ー電解質界面におけるイオン伝導度の光制御および共振場におけるプロトン伝導の精密制御を行った。 従来の光照射におけるイオン伝導制御においては高エネルギー高強度の光照射が必要不可欠であった。局在表面プラズモン共鳴においては、光に対する高応答性が利用可能であり、光照射に伴い、局在光の電場形成に伴った、反応電子および正孔の生成と熱緩和過程が知られている。金属ナノ構造を配列させた構造上にNafion薄膜を作成した際には薄膜条件が数十ナノメートルの領域において、光照射に応じたイオン伝導度の低下が観測された。波長依存性に関してはLED光源を利用して検討したところ、消光計測で確認されたプラズモン共鳴に従って、イオン伝導度の低下が観測された。このことはイオン伝導度とプラズモン共鳴の間に相関があることを示唆している。 さらには光照射を必要としない真空場との相互作用を利用したイオン伝導変調も行った。分子の振動エネルギーと真空場の光学モードが一致する際にはポラリトン状態と呼ばれる物質ー真空場の混成状態が生じ、物性革新が生じることが知られている。実際に振動エネルギーと結合可能な共振器を作成し、振動強結合状態としたところ、イオン伝導度が増大することが確認された。 上記にあるように場の光学モードとイオン伝導体を相互作用させることにより、イオニクス物性が制御可能となることが示された。本研究で得られた成果をもとに、蓄電固体界面でのイオニクス物性の革新を目指す。
• 金属ナノ構造による水分子集団特性の光機能化

  一般財団法人 イオン工学振興財団：2019年度研究助成

  研究期間 : 2019年09月 -2021年03月 

  代表者 : 福島 知宏
• 金属ナノ構造を活用するプロトン伝導特性の多色光スイッチング

  公益財団法人 戸部眞紀財団：2019年度研究助成

  研究期間 : 2019年09月 -2020年08月 

  代表者 : 福島 知宏
• 3次元分光イメージングに基づく固体電解質ー電極界面の機能解明

  公益財団法人 ノーステック財団：2019年度若手研究人材・ネットワーク育成補助金

  研究期間 : 2019年07月 -2020年03月 

  代表者 : 福島 知宏
• 光電場で駆動する異方的固体イオニクス材料の創出

  北海道大学：令和元年度若手研究加速事業

  研究期間 : 2019年07月 -2020年03月 

  代表者 : 福島 知宏
• 金属錯体ネットワークを基盤とする非平衡材料の創成

  日本学術振興会：海外特別研究員

  研究期間 : 2014年06月 -2016年05月 

  代表者 : 福島 知宏
• 動的な配位空間の精密制御による協同的分子吸着システムの創成

  日本学術振興会：科学研究費助成事業 特別研究員奨励費

  研究期間 : 2011年04月 -2014年03月 

  代表者 : 福島 知宏

   

  同位体効果とは、その分子の一部の構成要素を同位体原子に置換した時にその諸物性に与える影響を指し、化学反応においては大きな効果を示すことが古くから知られている。一方で、電子物性や分子認識において同位体効果がほとんど生じないことが知られている。これは重元素によって誘起される、ゼロ点エネルギーの差が非常に小さいことに由来する。仮にこれらを達成することができれば、基礎的な知見だけではなく、同位体センサーや分離などの応用に向けた発展が期待できる。そこで、私は金属イオンと架橋配位子によって規則性構造を構築する多孔性金属錯体に着目し、研究を行った。 多孔性金属錯体によって誘起されるゲストのクラスター化現象を分子認識へと応用した。原子核の量子性により、分子間相互作用を通じてクラスター化の駆動力が異なるために、分子認識に応用できると考えた。実際にこのような考えのもと、同位体混合系からの実験を試みたところ、蒸留や電気分解などに代表される従来の手法よりも高い分子選択性が観測された。この成果に関しては現在論文投稿中である。 多孔性金属錯体によって形成される交互積層構造を利用し、電子状態の違いを誘起することにも成功した。ホスト骨格内部の表面上にパイ電子を露出している芳香環を利用し、ゲスト分子との間でのAAB型交互積層構造を形成した。ゲスト分子の幾何学的同位体効果を利用することで吸着構造に違いを誘起し、結果として紫外可視吸収スペクトルに大きな差を出すことに成功した。この電子状態の違いに関して固体NMRから検討を行ったところ、ホストゲストでの電子のやりとりの違いが、同位体効果によって誘起されるということが明らかとなった。この成果に関しては現在論文執筆中である。

教育活動情報

主要な担当授業