利用報告書 / User's Reports | ARIM Japan公式ホームページ

【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.19】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24MS0001

利用課題名 / Title

量子化学計算に基づく金属ナノクラスターの構造・物性相間の解明

利用した実施機関 / Support Institute

自然科学研究機構分子科学研究所 / IMS

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

ナノ粒子/ Nanoparticles,金属ナノクラスター, 量子化学計算, キラル

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

武藤克也

所属名 / Affiliation

大阪公立大学大学院理学研究科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

江原正博

利用形態 / Support Type

（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

MS-302：大規模量子化学計算

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

本研究では、金13や銀29クラスターに代表される金属ナノクラスターの金属や配位子の種類・立体構造に着目することで電子的・光学的性質と構造との相関を量子化学計算により明らかにすることを目的とする。

実験 / Experimental

ビスベンゾホスフィンドールを配位子とした新たな金13ナノクラスター（IrAu₁₂-b）の電子的・光学的性質と構造との相関を明らかにするため、量子化学計算を行った。構造最適化計算をB3LYP/6-31G*レベルで行い構造の対称性を評価し、時間依存密度汎関数法（TDDFT）により電子吸収スペクトルや超原子軌道のエネルギー準位について明らかにした。

結果と考察 / Results and Discussion

IrAu₁₂-bのHOMOとLUMOは、それぞれ超原子軌道である1P軌道と1D軌道に帰属された。続いて、Ir@Au₁₂コアの対称性と、コアに配位するP原子の相対配置によりIrAu₁₂-bとdppmで保護された金13ナノクラスター（IrAu₁₂-m）の電子状態を考察することを試みた。DFT計算の結果、IrAu₁₂-bの1Pおよび1D超原子軌道は、IrAu₁₂-mと比較してより縮退していることが明らかとなった。この傾向は、IrAu₁₂-bのIr@Au₁₂コアの対称性が高いことと（最適化構造ではCSM=0.032）、IrAu₁₂-bのホスフィン配位の対称性が高いことで説明できる。IrAu₁₂-bの方がIrAu₁₂-mと比較してよりコア対称性が高く、配位子場が球対称に近くなることで、占有1P超原子軌道と非占有1D超原子軌道のエネルギー分裂が少なくなったことが示唆された。よって、Ir@Au₁₂コアの高い20面体構造対称性と、より対称性の高いホスフィン配位子の表面配位構造が、IrAu₁₂-bのHLギャップの大きさに寄与していることが明らかとなった。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

特になし

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

Katsuya Mutoh, “Sergeants-and-soldiers” principle in the synthesis of intrinsically chiral Au₁₃ clusters, Nanoscale, 16, 21776-21782(2024).
DOI: 10.1039/d4nr03810j
Katsuya Mutoh, Fast photochromism of helicene-bridged imidazole dimers, Chemical Science, 15, 13343-13350(2024).
DOI: https://doi.org/10.1039/D4SC03578J
Katsuya Mutoh, A Hexaarylbiimidazole‐Terarylene Hybrid: Visible‐to‐NIR‐II Absorption via Sequential Photochromic Reactions, Angewandte Chemie International Edition, 63, (2024).
DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202410115

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

ヘキサアリールビイミダゾール-ターアリーレン複合体の逐次フォトクロミック反応武藤克也, 小林洋一, 中嶋琢也 2024年光化学討論会 2024年9月3日
Multi-state photochromic reaction of a hexaarylbiimidazole-terarylene hybrid Katsuya Mutoh, Yoichi Kobayashi, Takuya Nakashima 3rd International Symposium on Photonic and Electronic Molecular Machines PEMM-2024 2024年10月25日
Toward Enhancement of Functionality of Gold Nanoclusters by Chemical Modification Katsuya Mutoh Photofunctional Physical Chemistry Symposium 2024年10月22日招待有り

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件