金井塚 勝彦 Katsuhiko Kanaizuka

2000年3月 東邦大学理学部化学科卒業
2002年3月 東邦大学大学院理学研究科修士課程修了
2005年3月 東京大学大学院理学系研究科博士課程修了、博士(理学)
2005年4月 科学技術振興機構(JST)
      ERATO中村活性炭素クラスタープロジェクト研究員
2007年4月 九州大学理学研究院化学部門特任助教
2009年4月 中央大学理工学部応用化学科助教
2011年4月 山形大学理学部テニュアトラック助教
2014年4月 山形大学理学部物質生命化学科准教授、現在に至る

専門 錯体化学、表面化学、電気化学
趣味 旅行、お酒

スタッフ

坂本 政臣 Masatomi Sakamoto

1971年3月 富山大学文理学部理学科卒業
1973年3月 九州大学大学院理学研究科修士課程修了
1973年4月 愛媛大学工学部工学化学科助手
1988年9月 理学博士(九州大学)
1993年4月 山形大学理学部化学科助教授
1995年4月 山形大学理学部物質生命化学科教授
2014年4月 山形大学名誉教授、現在に至る

2004年4月~現在 産業技術総合研究所 客員研究員併任

専門 無機・錯体化学、ナノ化学、希土類化学
趣味 野球、バレーボール、卓球、バドミントン、ハンドボール、スキー、
   ヘボ囲碁、音楽、ドライブ、旅行、映画鑑賞

これまでのご経歴など詳細はこちら

界面化学 Surface Chemistry

分子積み木による界面ナノアーキテクチャ

我々の研究室では機能性分子のナノ界面接合技術の確立に向けて研究を展開しています。この技術は“ナノメートルスケールで”分子や微粒子などの機能性化合物の配向や数を設計して基板に固定することがカギとなります。
例えば,電極上で分子の向きを変えることができれば,電気の流れやすさや量,時には流れる向きを逆転させるなどのコントロールが可能となります。また,基板上にナノレベルで分子をデザインすることで,これまでの分子個々の性質とは違った,集団としての新たな機能が発現することもあります。

上記の分子や微粒子の精密界面固定と併せて,電子やイオン,プロトンを効率よく動かすことも重要です。これにはスムーズに通過するためのいわば“通り道”を基板上に精密に構築することが必要で,実現できれば太陽電池や燃料電池,熱電,圧電さらには人工光合成の性能が飛躍的に向上すると考えられています。

さらに,我々の手法の特徴である“ナノレベルの加工”は従来の方法では難しいとされたナノ構造体を構築することができます。従来のトップダウン(大きな物質を切り崩しながら小さくしていく手法)では電極上の機能性材料の精密加工に限界があるのに対して,ボトムアップ(目的に合わせて分子や粒子を1つずつ連結していく方法)では,精密な構造体形成が可能であるため様々な機能をもつ材料やデバイスを得ることができます。このようにナノメートルスケールで効率よく電子やイオン,プロトンが動ける界面をデザインし,構築していくこと(ナノ界面アーキテクチャ)がこれまでのエネルギー変換材料・デバイスの課題解決に大きく貢献できると信じています。

1.形状・サイズの制御されたナノメタルの合成と触媒機能

金,銀,銅などのナノメートルサイズの金属(ナノメタル)は,可視光と相互作用することにより,ナノメタル近傍に特殊な場が形成します(フォトントラッピングによる近接場形成)。ナノメタルが相互作用する光(エネルギー)は,粒子のサイズや形状に大きく依存します。そのため,ナノメタルの精密合成法を確立できればさまざまな波長のフォトンを利用した機能材料やデバイスが構築できます。これらは新規触媒反応にも展開できると考えられ,例えば,ガソリンや石油などの燃焼により生成される二酸化炭素を,太陽光エネルギーの利用により低炭素資源に変換できるようになるかもしれません(人工光合成による燃料創成)。


図1.形状の異なる銀ナノ微粒子透過型顕微鏡像と分散溶液の色(上)および二酸化炭素の資源変換

2.ナノメタル間相互作用による色彩デバイス

上で紹介したナノメタルは,集団で近くに存在すると相互作用して,単独の時とは大きく異なる物性を発現します(ギャップモードプラズモン形成)。これにより可視から近赤外まで,目的に合わせた色のデバイスが構築できます。例えば,マルチカラーディスプレイへの応用や,赤外光を吸収する機能性分子との組み合わせにより,透明な太陽電池(シースルー太陽電池)への応用が期待できます。現在普及している太陽電池は,設置場所が限られていますが,シースルー太陽電池は窓などに展開でき,生活空間を妨げずに発電できます。

図2.基板上で配列したナノメタルとマルチカラーデバイス

3.温和な条件での合金合成

異なる金属が融合した“合金”。一般的には融点以上で複数のバルク金属を混合させる必要があります。例えば,軽くて丈夫なことで知られるチタンの融点は1668℃であるため,高温処理が必要です。しかし,ナノサイズにすると融点降下現象が起こるため,室温でも合金にできる可能性があります。また,水と油の関係のように,通常はバルクでは合金を形成しないような相性の悪い金属同士でも,ナノメタルは合金にできる可能性があります。これにより簡便な合金合成や,また,世の中には存在していないような合金を創り出せるかもしれません(現代の錬金術)。

4.分子積み木による配向性(結晶性)ナノ薄膜形成

イオンやプロトン,電子を低エネルギーで効率よく移動させることができれば,燃料電池や化学センサー・バイオセンサーなどへの応用が期待できます。我々は結晶界面(分子が規則的に配列した構造)の作製が課題解決のカギとなると考えています。分子の配向をイメージして分子を設計・合成し,化学結合を巧みに利用して基板に並べ,それらの配向や物性を制御することで,従来の性能を凌駕するデバイス創成に取り組んでいます。

図3.分子の濃縮・積み木・結晶化による高速イオン・プロトン輸送

発表論文 Published Papers

2016

  • 1. Silver Nano- and Microplates Grew on a Specific Face Coordination Polymer Crystals.
    • T. Togashi, S. Ojima, I. Sato, K. Kanaizuka, and M. Kurihara
    • Chemistry Letters, 45, 646-648 (2016).
  • 2. A Catalytic Deposition Method of Silver Nanoparticles on TiO2 via Low-temperature Decomposition of Silver Oxalates.
    • T. Yahagi, T. Togashi, K. Kanaizuka, and M. Kurihara
    • Chemistry Letters, 45, 1195-1197 (2016).
  • 3. Stepwise fabrication of donor/acceptor thin films with a charge-transfer molecular wire motif
    • Y. Sekine, T. Yokoyama, N. Hoshino, M. Ishizaki, K. Kanaizuka, T. Akutagawa, M. Haga and H. Miyasaka
    • Chem. Commun., 2016, 52, 13983 (2016)

2015

  • 1. Construction of Hybrid Films of Silver Nanoparticles and Polypyridine Ruthenium Complexes on Substrates.
    • A. Kajikawa, T. Togashi, Y. Orikasa, B.-B. Cui, Y.-W. Zhong, M. Sakamoto, M. Kurihara, and K. Kanaizuka
    • Dalton Transactions, 44, 15244-15249 (2015)
  • 2. A Low-Temperature Sintered Heterostructure Solid Film of Coordination Polymer Nanoparticles: An Electron-Rectifier Function Based on Partially Oxidised/Reduced Conductor Phases of Prussian Blue.
    • K. Ono, M. Ishizaki, S. Soma, K. Kanaizuka, T. Togashi, and M. Kurihara
    • RSC Advances, 5, 96297-96304 (2015)
  • 3. Potential Tuning of Nano-architectures Based on Phthalocyanine Nanopillars: Construction of Effective Photocurrent Generation Systems.
    • T. Kawaguchi, S. Okamura, T. Togashi, W. Harada, M. Hirahara, R. Miyake, M. Haga, T. Ishida, M. Kurihara, and K. Kanaizuka
    • ACS Applied Materials & Interfaces, 7, 19098-19103 (2015).
  • 4. Photoresponsive Molecular Memory Films Composed of Sequentially Assembled Heterolayers Containing Ruthenium Complexes
    • T. Nagashima, H. Ozawa, T. Suzuki, T. Nakabayashi, K. Kanaizuka, M. Haga
    • Chemistry - A European Journal (Chem. Eur. J.), 2015. 22, 1658-1667.
  • 5. Observation of Orientation Change in Highly Oriented Layer-by-Layer Films of Ruthenium Complex upon Oxidation Reaction
    • K. Kanaizuka, S. Sasaki, T. Nakabayashi, H. Masunaga, H. Ogawa, T. Hikima, M. Takata, M. Haga
    • Langmuir, 2015. 31 (38), 10327–10330.

2014

  • 1. Plasmon-assisted photocurrent generation from sliver nanoparticle monolayers combined with porphyrins via their different chain-length alkylcarboxylates
    • T. Kakuta, H. Kon, A. Kajikawa, K. Kanaizuka, S. Yagyu, R. Miyake, M. Ishizaki, K. Uruma, T. Togashi, M. Sakamoto, M. Kurihara
    • J. Nanosci. Nanotech. 2014, 14, 4090-4096
  • 2. Synthesis of Water-Dispersible Silver Nanoparticles by Thermal Decomposition of Water-Soluble Silver Oxalate Precursors
    • T. Togashi, K. Saito, Y. Matsuda, I. Sato, H. Kon, K. Uruma, M. Ishizaki, K. Kanaizuka, M. Sakamoto, N. Ohya, and M. Kurihara
    • J. Nanosci. Nanotech. 2014. 14, 6022-6027
  • 3. Immobilization of a Redox-active Catecholato Pt(II) Complex on an Indium-doped Tin Oxide Electrode via Phosphonate Anchors via Phosphonate
    • H. Honda, T. Matsumoto, R. Tamura, K. Kanaizuka, A. Kobayashi, M. Kato, M.-a. Haga, H.-C. Chang
    • Chem. Lett. 2014. 43, 1189-1191.
  • 4. Spontaneous Construction of Nanoneedles Using Ruthenium Complex-conjugated Porphyrins on Substrates
    • T. Togashi, A. Izumi, H. Kon, K. Kanaizuka, M. Ishizaki, R. Miyake, H.-C. Chang, M.-a. Haga, M. Sakamoto, M. Kurihara
    • Chem. Lett. 2014. 43, 1201-1203.
  • 5. SWNT Composites with Compositionally-Tunable Prussian Blue Nanoparticles for Thermoelectric Coordination Programming Materials
    • Y. Nonoguchi, T. Murayama, M. Ishizaki, K. Kanaizuka, M. Kurihara, K. Hata, and T. Kawai
    • Chem. Lett. 2014. 43, 1254-1256.
  • 6. Tuning of Metal-metal Interaction in Mixed-valence States of Cyclometalated Dinuclear Ruthenium and Osmium Complexes Bearing Tetra(pyridyl)pyrazine or benzene
    • T. Nagashima, T. Nakabayashi, T. Suzuki, K. Kanaizuka, H. Ozawa, Y.-W. Zhong, S. Masaoka, K. Sakai, M.-a. Haga,
    • Organometallics 2014, 33 4893-4904.
  • 7. Low-Temperature Crystal Growth of Aluminium-Doped Zinc Oxide Nanoparticles in a Melted Viscous Liquid of Alkylammonium Nitrates for Fabrication of Their Transparent Crystal Films
    • H. Kaneko, T. Togashi, T. Naka, M. Ishizaki, K. Kanaizuka, M. Sakamoto, M. Kurihara
    • CrystEngComm. 2014. 16, 10521-10730

2013

  • 1. Proton-exchange Mechanism of Specific Cs+ Adsorption via Lattice Defect Sites of Prussian Blue Filled with Coordination and Crystallization Water Molecules
    • Ishizaki M, Akiba S, Ohtani A, Hoshi Y, Ono K, Matsuba M, Togashi T, Kananizuka K, Sakamoto M, Takahashi A, Kawamoto T, Tanaka H, Watanabe M, Arisaka M, Nankawa T, and Kurihara M.
    • Dalton Transaction, Dec 7;42(45):16049-55. Aug 14, 2013.
  • 2. Molecular Nanostamp Based on One-Dimensional Porphyrin Polymer
    • Kanaizuka K, Izumi A, Ishizaki M, Kon H, Togashi T, Miyake R, Ishida T, Tamura R, Haga M, Moritani Y, Sakamoto M, Kurihara M.
    • ACS Applied Materials & Interfaces, Aug 14;5(15):6879-85. Jul 30, 2013.
  • 3. Suitable Location to Control Electron Transfer and Gap-mode Plasmon Interactions: Photocurrent Generation from Silver Nanoparticle-Porphyrin Composite Layers
    • Kanaizuka, K; Yagyu, S; Kajikawa, A; Kakuta, T; Kon, H; Togashi, T; Uruma, K; Ishizaki, M; Sakamoto, M; Kurihara, M
    • CHEMISTRY LETTERS, 42, 6: 669-671, JUN 5 2013
  • 4. Growth of Pt Subnano Clusters on Limited Surface Areas of Prussian Blue Nanoparticles
    • M Ishizaki, S Tsuruta, K Kanaizuka, M Sakamoto, T Kawamoto, H Tanaka, and M Kurihara
    • Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials, 23, 216-222 2013
  • 5. Suitable Location to Control Electron Transfer and Gap-mode Plasmon Interactions: Photocurrent Generation from Silver Nanoparticle-Porphyrin Composite Layers
    • K Kanaizuka, S Yagyu, A Kajikawa, T Kakuta, H Kon, T Togashi, K Uruma, M Ishizaki, M Sakamoto, and M Kurihara
    • Chemistry Letters, 42, 669-671 2013

2012

  • 1. Observation of oriented molecular assemblies on ITO surfaces using porphyrin derivatives bearing carboxyl groups and their electrochemical responses.
    • K Kanaizuka, S Yagyu, H Takahashi, M Ishizaki, M Sakamoto, and M Kurihara
    • Electrochemistry, 7, 504-506 2012
  • 2. Largely enhanced photocurrent via gap-mode plasmon resonance by a nanocomposite layer of silver nanoparticles and porphyrin derivatives fabricated on an electrode
    • K Kanaizuka, S Yagyu, M Ishizaki, H Kon, T Togashi, M Sakamoto and M Kurihara
    • Applied Physics Letters, 101, 063103 2012
  • 3. Preparation of electrochromic Prussian blue nanoparticles dispersible into various solvents for realisation of printed electronics
    • M Ishizaki, K Kanaizuka, M Abe, Y Hoshi, M Sakamoto, T Kawamoto, H Tanaka and M Kurihara
    • Green Chemistry, 14, 1537-1544 2012
  • 4. Long-Range Electron Transport of Ru-Centered Multilayer Films via a Stepping-Stone Mechanism
    • K Terada, H Nakamura, K Kanaizuka, M Haga, Y Asai, and T Ishida
    • ACS Nano. 6, 1988-1999. 2012
  • 5. Glycine crystallization in solution by CW laser induced microbubble on gold thin film surface
    • T Uwada, S Fujii, T Sugiyama, A Usman, A Miura, H Masuhara, K Kanaizuka, and M Haga
    • ACS Applied Materials & Interfaces 4, 1158-1163. 2012

2011

  • 1. Photocurrent Generation of Heterostructured Films Composed of Donor-Acceptor and Donor-Insulator Networks on ITO Electrodes
    • K Kanaizuka, S Kato, H Moriyama and C Pac
    • Journal of Materials Research 26, 236-239 2011
  • 2. Porous Interpenetrating Metal-Organic Frameworks with Hierarchal Nodes
    • T Yamada, S Iwakiri, T Hara, K Kanaizuka, M Kurmoo, and H Kitagawa
    • Crystal Growth & Design 11, 1798-1806. 2011
  • 3. Memory Effects in Molecular Films of Free-standing Rod-shaped Ruthenium complexes on an Electrode
    • K Terada, K Kanaizuka, V M Iyer, M Sannodo, S Saito, K Kobayashi and M Haga
    • Angewandte Chemie-International Edition 50, 6287-6291 2011
  • 4. Proton-induced tuning of metal-metal communication in rack-type dinuclear Ru complexes containing benzimidazolyl moieties
    • K Kobayashi, M Ishikubo, K Kanaizuka, K Kosuge, S Masaoka, K Sakai, K Nozaki and M Haga
    • Chemistry A European Journal 17, 6954-6963 2011
  • 5. Fabrication and Placement of a Ring Structure of Nanoparticles by aLaser-Induced Micronanobubble on a Gold Surface
    • S Fujii, K Kanaizuka, S Toyabe, K Kobayashi, E Muneyuki, and M Haga
    • Langmuir 27 (14), 8605–8610 2011

2010

  • 1. Design and Characterization of a Polarized Coordination Polymer of a Zinc(II) Biphenyldicarboxylate Bearing a Sulfone Group.
    • K Kanaizuka, S Iwakiri, T Yamada, H Kitagawa
    • Chemistry Letters 39, 39-40 2010
  • 2. Manipulation of Single DNA Using a Micronano Bubble Formed by Local Laser Heating on an Au-Coated Surface
    • S Fujii, K Kobayashi, K Kanaizuka, T Okamoto, S Toyabe, E Muneyuki, M Haga
    • Chemistry Letters 39, 92 -93 2010
  • 3. Observation of DNA pinning at laser focal point on Au surface and its application to single DNA nanowire and cross-wire formation
    • Fujii S, Kobayashi K, Kanaizuka K, Okamoto T, Toyabe S, Muneyuki E, Haga M
    • Bioelectrochemistry 80, 26-30 2010

総説およびトピックス General Remarks and Topics

  • 10. 金井塚勝彦
    • 界面における分子接合と電子移動システム
    • 化学と工業、2015. 3. 256-257.
  • 9. 金井塚勝彦、石﨑学、栗原正人
    • ─小特集 機能性色素が生み出す新しい世界─ 多様な色を示す機能性ナノ微粒子・分散液の調製とその応用
    • J. Jpn. Soc. Colour Mater., 86〔6〕,204–211(2013)
  • 8. K. Kanaizuka
    • Nanoarchitectures Composed of Organic-and-Inorganic Hybrid Materials on Surface via Bottom-up Syntheses (ボトムアップ法による有機無機ハイブリッドナノ構造体の界面構築)
    • Bull. Jpn. Soc. Coord. Chem. 79-80, 55, 2010
  • 7. 赤塚公章、金井塚勝彦、芳賀正明
    • 「酸化物ナノシートを用いたナノ光電変換膜」
    • 表面技術 2010, 61(1), 23-29
  • 6. 金井塚 勝彦、芳賀正明
    • 「化学」
    • 化学同人,2009,64(8),52-56
  • 5. 芳賀正明,金井塚 勝彦
    • 「表面分子デバイス」
    • シーエムシー,2009年10月,232-248
  • 4. 芳賀正明(分担執筆)、金井塚 勝彦(分担執筆)、藤田誠、塩谷光彦 編著
    • 「超分子金属錯体」
    • 錯体化学会選書5,三共出版,2009年
  • 3. 久米 晶子、金井塚 勝彦、西原 寛
    • フォトクロミック金属錯体によるスイッチングデバイスの構築
    • 触媒, 50(4), 345-349, (2008).
  • 2. K. Kanaizuka and H. Nishihara
    • Bottom-Up Fabrication of Redox-Conducting Metal Complex Polymers on an Electrode Surface.
    • Bottom-Up Nanofabrication Edited by Katsuhiko Ariga and Hari Singh Nalwa, Chapter 46 (2007).
  • 1. 金井塚 勝彦、村田 昌樹、西原 寛
    • 精密積層化による金属集積高分子の構築と電子移動
    • 機能材料, 25(9), 5-12, (2005)

競争的研究資金 Competitive Research Funding

  1. レドックス活性錯体クラスターによる双安定性結晶・液晶・液体場の創成
    • 2009.4-2014.3 文部科学省 科学研究費補助金 新学術領域研究 (分担者)
  2. 表面で次元性制御した分子エピタキシャル接合光蓄電応答素子の構築
    • 2010.4-2013.3 日本学術振興会 科学研究費補助金 若手研究(B) (代表者)
  3. 一軸異方性をもつ強誘電性表面分子超集合体の合成とそのデバイス機能
    • 2010.4-2013.3 日本学術振興会 科学研究費補助金 基盤研究(B) (分担者)
  4. 分子配向を意識した機能性金属錯体集積ナノ薄膜デバイスの作製
    • 2007.4-2009.3 公益財団法人 住友財団 基礎科学研究助成 
  5. 光機能性分子-銀ナノ粒子複合系ナノ界面の構築と光電流特性評価
    • 2012.4-2014.3 財団法人日本化学研究会
  6. 金属ナノ粒子と機能性錯体からなる光電流増強ナノ界面の構築
    • 2013.4-2016.3 日本学術振興会 科学研究費補助金 若手研究(B) (代表者)
  7. 熱電効果を有する金属錯体探索に関する研究
    • 2014.4-2016.3 一般財団法人 前川報恩会 研究助成
  8. 近赤外エネルギー有効利用を目指したパイ共役分子の電極接合技術の確立
    • 2014.4-2015.3 山形大学 組織評価インセンティブ経費 研究助成
  9. パイ拡張分子界面連結体と銀ナノ微粒子の複合による新規シースルー太陽電池の創成
    • 2015.4-2017.3 公益財団法人 徳山科学技術振興財団 研究助成
  10. プルシアンブルー系ナノ結晶の規則配列と低温界面接合による疑似的単結晶化
    • 2015.4–2018.3 日本学術振興会 科学研究費補助金 基盤研究(B)  (分担者)
  11. 界面分子エピタキシャルによる近赤外光電変換デバイスの創成
    • 2016.4-2019.3 日本学術振興会 科学研究費補助金 基盤研究(C)  (代表者)
  12. 機能性色素とナノメタルの複合界面形成による高効率発電素子の創成
    • 2016.5     インテリジェントコスモス学術振興財団 (代表者)

受賞 Awards

  1. インテリジェント・コスモス奨励賞 (2016.5)
    • 「機能性色素とナノメタルの複合界面形成による高効率発電素子の創成」
  2. 第56回錯体化学討論会 ポスター賞 (2006.9)
  3. 日本化学会第85会春季年会 学生講演賞 (2006.3)
  4. General Society Student Poster Session Awards (Scroll and check for $250) at The 2004 Joint International Meeting (The 206th Meeting of The Electrochemical Society and the 2004 Fall Meeting of The Electrochemical Society of Japan) (2005.10)
  5. 東京大学21世紀COEシンポジウムポスター賞 (2005.6)