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ソフト多孔性結晶が示す分子認識機構の解明と同位体分離技術への応用展開

Research Project

Project/Area Number 15J05846
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Properties in chemical engineering process/Transfer operation/Unit operation
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

平出 翔太郎  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2015-04-24 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywordsmetal-organic framework / gate adsorption / structural analysis / molecular simulation / thermal management / free energy analysis / structure determination
Outline of Annual Research Achievements

1. ゲート吸着挙動に伴う吸着熱の自己抑制能 昨年度の研究で発見した自己熱抑制能が,吸着性能に与える影響を具体的にすべく,実際のCO2/CH4分離工程に着目した検討を行った。ELM-11について評価したところ,断熱条件において,現在最も有望視されている材料(HKUST-1)を大きく上回る分離能を発現することがわかった。さらに,SPCを用いた分離システムの設計を行い,従来プロセスを凌駕する性能を有することを明らかにした。
2. Ca錯体の水同位体認識 昨年度の研究において,Ca錯体の真空時,H2O吸着時,およびD2O吸着時におけるXRDパターンに差異があることが明らかになり,Le Bail解析によって格子定数を算出したところ,水吸着によって結晶構造が収縮し,かつその収縮度合いが水同位体間で異なることがわかった。そこで,path integral法を用いたMDシミュレーションを行ったところ,実測結果を定性的に再現することに成功した。
3. 構造変形の履歴現象の解析 昨年度の研究において,レイヤー積層型構造を有するSPCの構造変形に履歴が伴うことが明らかとなった。具体的には,合成直後(assyn)の構造を真空加熱処理して得られる構造(degas1)に対し,N2分子を吸脱着させて得られる脱ガス構造がdegas1とは異なる(degas2)というものである。本年度の研究の結果,degas2に対し再度N2を吸脱着させた場合はdegas2に戻るが,degas2に水を吸着させた場合はassynとなって,脱水工程を経て再びdegas1が得られることがわかった。また,各状態について結晶構造解析を行ったところ,degas2やN2吸着構造は類似の積層状態であるのに対し,assynおよびdegas1はそれぞれdegas2とは異なった積層状態にあることが明らかとなった。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (21 results)

All 2017 2016 2015 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results)

  • [Int'l Joint Research] ピッツバーグ大学(米国)

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Journal Article] Intrinsic Thermal Management Capabilities of Flexible Metal-Organic Frameworks for Carbon Dioxide Separation and Capture2017

    • Author(s)
      S. Hiraide, H. Tanaka, N. Ishikawa and M. T. Miyahara
    • Journal Title

      ACS Appl. Mater. Interface

      Volume: 9 Issue: 46 Pages: 41066-41077

    • DOI

      10.1021/acsami.7b13771

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Understanding gate adsorption behaviour of CO2 on elastic layer-structured metal-organic framework-112016

    • Author(s)
      Shotaro Hiraide, Hideki Tanaka and Minoru T. Miyahara
    • Journal Title

      Dalton Transactions

      Volume: 45 Issue: 10 Pages: 4193-4202

    • DOI

      10.1039/c5dt03476k

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Modelling and Visualization of CO2 Adsorption on Elastic Layer-Structured Metal-Organic Framework-11: Toward a Better Understanding of Gate Adsorption Behavior2015

    • Author(s)
      H. Tanaka, S. Hiraide, A. Kondo, and M. T. Miyahara
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. C

      Volume: 119 Issue: 21 Pages: 11533-11543

    • DOI

      10.1021/jp512870p

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Potential theory for gate adsorption on soft porous crystals2015

    • Author(s)
      Ryouhei Numaguchi, Hideki Tanaka, Shotaro Hiraide and Minoru T. Miyahara
    • Journal Title

      Molecular Simulation

      Volume: 41 Issue: 16-17 Pages: 1329-1338

    • DOI

      10.1080/08927022.2015.1047369

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Theoretical study of intrinsic thermal management capability for CO2 capture with metal-organic framework2017

    • Author(s)
      Shotaro Hiraide, Narutomo Ishikawa, Hideki Tanaka, and Minoru T. Miyahara
    • Organizer
      11th International Symposium on the Characterization of Porous Solids (COPS-XI)
    • Place of Presentation
      Avignon, France
    • Year and Date
      2017-05-14
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      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 構造柔軟性の異なる配位錯体が示すゲート吸着挙動の自由エネルギー解析2017

    • Author(s)
      平出 翔太郎,奥西 麻帆,田中 秀樹,近藤 篤,前田 和之,宮原 稔
    • Organizer
      化学工学会第82年会
    • Place of Presentation
      芝浦工業大学豊洲キャンパス(東京都・江東区)
    • Year and Date
      2017-03-06
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      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Theoretical study of intrinsic thermal management capabilities for CO2 capture with metal-organic framework2017

    • Author(s)
      Shotaro Hiraide, Narutomo Ishikawa, Hideki Tanaka, Minoru T. Miyahara
    • Organizer
      11th International Symposium on the Characterization of Porous Solids
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] X線構造解析に立脚した多孔性配位錯体が示すゲート吸着挙動の解明2017

    • Author(s)
      平出翔太郎
    • Organizer
      材料科学システム工学討論会2017
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] ソフト多孔性錯体が示す吸着熱の自己抑制能の計算科学的検討2017

    • Author(s)
      平出翔太郎、田中秀樹、宮原稔
    • Organizer
      第68回 コロイドおよび界面化学討論会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] CO2吸着分離への応用に向けた多孔性配位錯体が示す自己熱補償機構のモデル化2017

    • Author(s)
      平出翔太郎、田中秀樹、宮原稔
    • Organizer
      化学工学会第49回秋季大会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] ソフト多孔性錯体が示す自己熱補償能の解析とCO2吸着分離への応用可能性の検討2017

    • Author(s)
      平出翔太郎、田中秀樹、宮原稔
    • Organizer
      第31回 日本吸着学会研究発表会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] ソフト多孔性結晶が示すゲート吸着現象と吸着熱抑制効果の解析2016

    • Author(s)
      平出 翔太郎,石川 徳知,田中 秀樹,宮原 稔
    • Organizer
      第30回日本吸着学会研究発表会
    • Place of Presentation
      長崎大学文教キャンパス(長崎県・長崎市)
    • Year and Date
      2016-11-10
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Computational study of gate adsorption behavior on metal-organic frameworks with the aid of X-ray structural analysis2016

    • Author(s)
      Shotaro Hiraide, Hideki Tanaka and Minoru T. Miyahara
    • Organizer
      12th international conference on the fundamentals of adsorption (FOA-12)
    • Place of Presentation
      Friedrichshafen, Germany
    • Year and Date
      2016-05-29
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      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Computational study of double gate adsorption on layer-structured metal-organic framework2016

    • Author(s)
      Shotaro Hiraide, Narutomo Ishikawa, Hideki Tanaka, and Minoru T. Miyahara
    • Organizer
      12th international conference on the fundamentals of adsorption (FOA-12)
    • Place of Presentation
      Friedrichshafen, Germany
    • Year and Date
      2016-05-29
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] レイヤー積層型配位多孔体が示す多段ゲート吸着現象の計算科学的検討2016

    • Author(s)
      平出翔太郎,石川徳知,田中秀樹,宮原稔
    • Organizer
      化学工学会 第81年会
    • Place of Presentation
      関西大学千里山キャンパス(大阪府・吹田市)
    • Year and Date
      2016-03-12
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Mechanism of adsorption-driven structural transition of stak-layer MOFs2015

    • Author(s)
      Minoru T. Miyahara, Shotaro Hiraide and Hideki Tanaka
    • Organizer
      PacifiChem2015
    • Place of Presentation
      Honolulu (USA)
    • Year and Date
      2015-12-15
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      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] レイヤー積層型配位多孔体が示すゲート吸着挙動の可視化とモデル化2015

    • Author(s)
      平出翔太郎,田中秀樹,宮原稔
    • Organizer
      第29回 日本吸着学会研究発表会
    • Place of Presentation
      徳島大学常三島キャンパス(徳島県・徳島市)
    • Year and Date
      2015-11-19
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Understanding and Modelling of Gate Adsorption Behavior on Metal-Organic Frameworks2015

    • Author(s)
      Shotaro Hiraide, Hideki Tanaka and Minoru T. Miyahara
    • Organizer
      APCChE 2015 CONGRESS
    • Place of Presentation
      Melbourne (Australia)
    • Year and Date
      2015-09-27
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 多孔性配位錯体のX線構造解析に基づくゲート吸着挙動の計算科学的検討2015

    • Author(s)
      平出翔太郎,田中秀樹,宮原稔
    • Organizer
      化学工学会第47回秋季大会
    • Place of Presentation
      北海道大学札幌キャンパス(北海道・札幌市)
    • Year and Date
      2015-09-09
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Understanding and Modelling of Gate Adsorption Behavior on Elastic Layer-Structured MOF-112015

    • Author(s)
      Shotaro Hiraide, Hideki Tanaka and Minoru T. Miyahara
    • Organizer
      Workshop on Flexibility and Disorder in Metal-Organic Frameworks
    • Place of Presentation
      Paris (France)
    • Year and Date
      2015-06-03
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

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Published: 2015-11-26   Modified: 2024-03-26  

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