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研究背景
研究背景
「独自の物理化学的アプローチで新しい物質観を開拓する」
分子の性質や化学現象の背後に潜んだ法則や基本原理を解明し、新たな物質観（＝物質を理解するための枠組み・見方）を提示することを目指しています。
現在、数個から数十個の金属原子の集合体が有機配位子で保護された金属クラスターを主な対象にしています。
金属クラスターは、バルクやナノ粒子には見られない特異な発光特性や触媒活性を示すナノ物質群です。
金属の特徴である電気伝導性や熱伝導性に電子が深く関わるように、金属クラスターにおいても電子の振る舞いがその性質を決定づけます。
そこで、化学修飾された金/銀クラスターの本質的な電子構造と形・反応・機能の関わりを理解し、基礎学理を構築することを目指して研究を行っています。
具体的には、独自の真空実験装置を使った測定や量子化学計算により、
（１）クラスターの幾何構造が電子構造に与える効果を調べる
（２）溶液中で評価するのが難しい化学種（解離生成物・会合体・反応中間体）の構造を調べる
ことで、化学修飾された金/銀クラスターの設計指針構築と新たな物質観の開拓に取り組んでいます。
化学修飾された超原子
化学修飾された超原子
化学修飾された金/銀クラスターの価電子は、クラスター内を自由に動き回り、原子軌道のような超原子軌道に格納されます。そのため、超原子とみなすことができ、物質の新しい構成単位として注目されています。超原子軌道は電子の受け渡しや光機能の根幹を担うため、超原子の特性を理解するためには超原子軌道の性質を理解することが必要です。そこで、超原子軌道のエネルギー状態を精密に評価できる質量選別光電子分光を使います。
質量選別光電子分光法
質量選別光電子分光法
この手法では、溶液中で精密合成した金属クラスターをイオン化して真空中に導入し、特定の質量のクラスターを選別したのち、光電子分光法によって電子状態を調べます。測定装置は既製品ではなく、独自に開発・高度化しています。夾雑物のない真空環境下で評価することで、超原子の本質的な構造情報が得られるほか、溶液中では不安定な物質の電子状態も調べることができます。
研究内容
研究内容
装置開発
装置開発
新しい実験や綺麗なデータを測定するために、質量選別光電子分光装置の高度化を進めています。装置開発は成果の前面に現れにくいですが、オリジナリティのある研究成果を生み出すための基盤になります。イオン軌道シミュレーション（SIMION）で電極設計を行い、3D CAD（Inventor）で部品や組図を製図します。時には電子回路シミュレーション（LTspice）を行い、電源を自作します。これまでに下記のものを製作してきました。
・四重極線形イオントラップ （S. Ito et al. J. Phys. Chem. Lett. 2022.）
・エレクトロスプレーイオン化源
・衝突誘起解離 (CID) 部
・レーザーバッフル
・冷却イオントラップ（S. Ito et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2025.）
・光電子分光のためのMALDI源 (K. Akazawa et al. J. Phys. Chem. A 2025, 129, 6043–6048.)
超原子軌道の直接観測に基づく電子構造の設計指針の構築
超原子軌道の直接観測に基づく電子構造の設計指針の構築
質量選別光電子分光を化学修飾された超原子に適用することで、超原子の電子親和力や軌道エネルギーを決定することに成功しました。また、配位子や金属種といった構造因子を精密制御した超原子群を合成・測定することで、階層的な構造因子に基づく電子構造の設計指針を確立しました。また、複数の超原子が繋がった超原子分子の光電子分光を行い、超原子間の結合様式の解明にも取り組んでいます。
このような取り組みを通して、超原子の超ハロゲン性や、超原子軌道のスピン軌道分裂の起源など、独自の物質観を創出しています。
Y. Asami et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2026, 65, e3924815.
S. Ito et al. Aggregate 2026, 7, e70323.
S. Ito et al. J. Phys. Chem. Lett. 2025, 16, 8531–8535.
S. Ito et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e202508151.
K. Akazawa et al. J. Phys. Chem. A 2025, 129, 6043–6048.
Y. Tasaka et al. Angew. Chem., Int. Ed. 2024, , 63, e202408335.
K. Nakamura et al. Phys. Chem. Chem. Phys. 2023, 25, 5955-5959.
E. Ito, S. Ito et al. JACS Au 2022, 2, 2627-2634.
S. Ito et al. J. Phys. Chem. Lett. 2022, 13, 5049-5055.
S. Ito et al. J. Phys. Chem. Lett. 2021, 12, 10417-10421.
準安定な超原子の探索と構造評価
準安定な超原子の探索と構造評価
真空中では、大気中や溶液中では短寿命・不安定な化学種も安定に扱うことができます。この利点を生かして、新奇クラスターの探索を行っています。例えば、真空に孤立した超原子と気体分子を衝突させて一部の配位子が外れた金超原子を生成し、液相合成では例のない超原子の集合体や超原子分子が生まれることを明らかにしました。
Y. Nakashima et al. J. Phys. Chem. Lett, 2025, 16, 6954–6959.
S. Ito et al. J. Phys. Chem. Lett, 2024, 15, 11060–11066.
Y. Fujiwara et al. J. Chem. Phys. 2024, 161, 024303.
S. Ito et al. J. Phys. Chem. C, 2020, 124, 19119-19125.
最終更新：2026年9月4日
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