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研究の概要（Research Overview）
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分子・固体・生体材料などを「適切に」組織化して，高機能なマテリアルを創る
分子同士を適材適所で組織化することにより，それぞれの分子の持つ性質の「単純な足し合わせ」を大きく凌駕して，全く新しい機能が生まれる可能性があります。当研究室では，人工の分子やポリマー，金属・半導体やカーボン材料などの固体材料，あるいはDNAやペプチドなどの生体分子を，柔軟な発想で効果的に融合して，新奇かつ高機能な超分子材料の創製を目指しています。錯体化学・超分子化学をベースとしつつ，生物無機化学・触媒化学・生体高分子化学，さらには電気化学や光化学等の知識・技術を包括的に活用して，環境・資源・エネルギー問題解決に資する機能性分子集合体の化学を展開していきたいと考えています。
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主な研究テーマ (Main Research Themes)
1. 高活性・高機能な超分子型触媒の開発
分子同士，あるいは分子と固体材料などを適材適所に組織化し，高活性・高機能な超分子型触媒を開発します。自然界の酵素が，活性中心とその周囲の環境を巧みに組み合わせて難しい化学反応を実現する仕組みに学び，そのエッセンスを取り入れた人工触媒の設計・合成を目指しています。例えば，天然の酸化酵素の活性中心に着想を得た鉄錯体をカーボン表面に適切に組織化し，両者の相互作用によって酸化力を大幅に高めることで，化学的に安定なメタンを室温でギ酸などへと効率よく酸化する触媒や，ベンゼンをフェノールへと直接変換する触媒を実現しています。また，専門家との共同研究による分光測定や理論計算を通じて触媒の活性種や反応機構を解明することにも力を入れ，得られた知見を，高い反応性と選択性を両立する分子構造や反応場の設計につなげていきます。今後は，光や電気を活用した触媒反応へと研究をさらに展開し，メタンや二酸化炭素などの温室効果ガスの有用化学品への変換や，バイオマス・廃プラスチックなどの未利用有機資源の有効利用を目指します。加えて，PFASなどの環境汚染物質を分解・無害化する触媒の開発にも取り組んでいます。
Reference
- “Efficient Room-Temperature Methane Oxidation by µ-Nitrido-Bridged Iron Phthalocyanine Dimer Deposited on Conductive Carbon Support” Yamada, Y.; Sakata, A.; Toyoda, Y.; Chen, C.; Muratsugu, S.; Hitomi, Y.; Oyama, K.-i.; Kuzume, A.; Harano, K.; Tada, M.; Tanaka, K. ChemCatChem. 18, e01356, 2026. DOI:1002/cctc.202501356.
- “Stacking of Cofacially Stacked Iron Phthalocyanine Dimer on Graphite Achieved High Catalytic CH4 Oxidation Activity Comparable to that of pMMO” Yamada, Y.; Morita, K.; Sugiura, T.; Toyoda, Y.; Mihara, N.; Nagasaka, M.; Takaya, H.; Tanaka, K.; Koitaya, T.; Nakatani, N.; Ariga-Miwa, H.; Takakusagi, S.; Hitomi, Y.; Kudo, T.; Tsuji, Y.; Yoshizawa, K.; Tanaka, K. JACS Au, 3, 823–833, 2023., DOI :10.1021/jacsau.2c00618, (Selected as Front Cover Picture), ChemRxiv DOI : https://doi.org/10.26434/chemrxiv.14728860.v1.
- “Room-Temperature Direct Spectroscopic Observation of High-Valent Iron-Oxo Species of a µ-Nitrido-Bridged Iron Phthalocyanine Dimer Deposited on a HOPG Surface” Yamada, Y.; Toyoda, Y.; Nagasaka, M.; Nakatani, N.; Koitaya, T.; Kuzume, A.; Tanaka, K. ChemistryEurope 3, e202500277, 2025. DOI: 10.1002/ceur.202500277.
2. ユニークな分子包接能・分子認識能を持つ超分子材料の開発
分子同士，あるいは分子と固体材料などを適切に組織化することで，ユニークな分子取り込み能・分子認識能を持つ材料を開発します。特定の分子を選択的に認識して取り込む材料は，複雑な混合物から有用物質を分離・回収したり，環境汚染物質を除去したりするために有用です。また，分子の認識に伴う色や蛍光などの変化を利用することで，環境中の微量物質や生体関連分子を検出するセンサーへの応用も期待できます。
Reference
- “Inorganic–Organic Framework Constructed by the Intercalation of a Double–Decker Porphyrin Metal Complex into Clay Nanosheets and Its Efficient Dye Adsorption Ability” Yamada, Y. ; Nishino, T.; Hashimoto, A.; Toyoda, Y.; Yoshikawa, H.; Tanaka, K. ACS Appl. Opt. Mater. 2, 405–413, 2024. DOI :1021/acsaom.3c00444. (Selected as Front Cover Picture)