Connecting molecular functions with real world applications
Chemists have been modifying molecules to induce a new property therein. Our chemistry enables to change a property by controlling the number of assembled molecules. The key is to assemble molecules at the mesoscale, and further linking them into the larger real world macroscale.
In the last decade, our research group focused on framework materials and developed several synthetic protocols at the mesoscale to regulate the number of building units of frameworks by taking advantage of the reversible nature of coordination bond, which leads to the controlled crystal size and morphology of resulting materials and the discovery of new phenomenon, so-called shape-memory effect, which only emerges for the mesoscale crystals. Currently, we are developing a new protocol further controlling assembling process to generate hierarchical networks toward the total design of molecular materials across multiple length scales.
分子の世界と実世界をつなげる化学
化学者は一般的に、分子を修飾し、新しい分子を作ることで、物質の性質を変えていきます。私たちのグループではこれに加え、分子の集合状態を制御することで新しい物質の性質を引き出すことを目的としています。その鍵となるのは、メゾスケールと呼ばれる「分子サイズとバルクサイズの間の領域」、すなわち「ミクロとマクロをつなぐ領域」でいかにうまく分子を集めるかという視点です。
この10年間、私たちのグループでは、特に配位結合からなるフレームワーク材料に注目して研究を行い、その可逆的な結合生成・解離挙動を巧みに利用することで、フレームワーク材料の構築素子の数をメゾスケールで制御する合成手法を開発してきました。特に、この手法によって合成されたフレームワーク材料は、その結晶サイズや形態が綺麗に制御されており、メゾスケールでのみ発現する形状記憶機能の発見に至りました。現在は、メゾスケールを介して、我々が見に見えるサイズであるマイクロスケールにおける材料物性を分子設計で制御するマルチスケールの化学を創成することを目的に研究を行っています。その1つの形として、柔らかい錯体ソフトマテリアルのサイズや形態を制御する合成手法の開発を行っています。
<Reviews>
“Structuring of metal–organic frameworks at the mesoscopic/macroscopic scale”
Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 5700-5734.
“Sol-Gel Processing of Metal-Organic Frameworks”
Chem. Mater. 2017, 29, 2626-2645.
“Directional asymmetry over multiple length scales in reticular porous materials”
Chem. Sci. 2021, 12, 18-33.
“Mechanoresponsive Porosity in Metal-Organic Frameworks”
Trends Chem. 2021, 3, 254-265.
<Original Papers>
“Nanoporous Nanorods Fabricated by Coordination Modulation and Oriented Attachment Growth”
Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 4739-4743.
“Controlled Multiscale Synthesis of Porous Coordination Polymer in Nano/Micro Regiems”
Chem. Mater. 2010, 22, 4531-4538.
“Morphology design of porous coordination polymer crystals by coordination modulation”
J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 15506-15513.
“Mesoscopic architectures of porous coordination polymers fabricated by pseudomorphic replication”
Nature Mater. 2012, 11, 717-723.
“Shape-Memory Nanopores Induced in Coordination Frameworks by Crystal Downsizing”
Science 2013, 339, 193-196.
“Diffusion-Coupled Molecular Assembly: Structuring of Coordination Polymers across Multiple Length Scales”
J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 14966–14973.
“Reductive coordination replication of V2O5 sacrificial macrostructures into vanadium-based porous coordination polymers”
CrystEngComm 2015, 17, 323-330.
“Mesoscopic superstructures of flexible porous coordination polymers synthesized via coordination replication”
Chem. Sci. 2015, 6, 5938-5946.
“Structuralization of Ca2+-Based Metal–Organic Frameworks Prepared via Coordination Replication of Calcium Carbonate”
Inorg. Chem. 2016, 55, 3700-3705.
“Localized Conversion of Metal-Organic Frameworks into Polymer Gels via Light-Induced Click Chemistry”
Chem. Mater. 2017, 29, 5982-5989.
“Self-assembly of metal–organic polyhedra into supramolecular polymers with intrinsic microporosity”
Nat. Commun. 2018, 9, 2506.