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ナノ多孔性錯体の粒径・形状制御と表面特性解析に立脚した特異的吸着挙動の精密制御

Research Project

Project/Area Number 15J08218
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

大﨑 修司  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2015-04-24 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
KeywordsMOF / 多孔性配位高分子 / 多孔性金属錯体 / 古典的核形成理論 / 粒子サイズ制御 / 分子シミュレーション / 自由エネルギー解析 / ゲート吸着 / ZIF-8 / マイクロリアクター / 微粒子合成 / 粒径制御 / 形状制御
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は,ソフト多孔性錯体(SPC)が示す構造転移挙動を伴う特異な吸着挙動(ゲート吸着)を粒子サイズにより制御し,所望の条件でのゲート吸着を示す材料設計への展開を図るものである。本年度の年次計画では「SPCの粒子サイズと構造転移挙動およびゲート吸着挙動との関係性解明」および「分子シミュレーションを用いたナノSPCが示すゲート吸着挙動の理解」であった。そこで,SPCの一種であるZeolitic imidazolate framework-8(ZIF-8)を対象に検討を行った。その成果として,1)古典的核生成理論に基づく粒子サイズ予測,2)自由エネルギー解析によるSPCsが示すゲート吸着の粒径依存性の定量的予測,が挙げられる。
1)反応条件から粒子サイズ・形状の予測に向けて,古典的核生成理論と二次元核形成機構に基づく検討を行った。古典的核生成理論により生成する核の個数濃度を算出し,実験によって得られる粒子の個数濃度と比較することでZIF-8の表面エネルギーと溶解度積を決定し,濃度条件から粒子サイズを予測する式を得た。
2)ZIF-8粒子表面の存在が吸着挙動に及ぼす影響を検討するために,気相領域を設定したシミュレーションセル (ナノ粒子モデル) を構築し,吸着シミュレーションおよび自由エネルギー解析を行った。吸着シミュレーション結果から,バルク結晶部と吸着挙動が異なる粒子表面近傍部の幅は1.0 nmであり,この幅は粒子幅に依存しないことを見出した。ナノ粒子モデルの粒子幅を変化させたところ,粒子幅が減少するに伴い表面近傍部の影響が顕著になることを確認した。以上の結果を踏まえ,サブミクロンサイズのZIF-8粒子の吸着量を推算するモデルを構築した。推算した吸着等温線を用いた自由エネルギー解析から求めたゲート吸着・脱着圧は,実験結果と概ね良好に一致することを確認した。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2017 2016 2015

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Journal Article] Synthesis of zeolitic imidazolate framework-8 particles of controlled sizes, shapes, and gate adsorption characteristics using a central collision-type microreactor2017

    • Author(s)
      Satoshi Watanabe, Shuji Ohsaki, Tatsuya Hanafusa, Kento Takada, Hideki Tanaka, Kazuhiro Mae, and Minoru T. Miyahara
    • Journal Title

      Chemical Engineering Journal

      Volume: 313 Pages: 724-733

    • DOI

      10.1016/j.cej.2016.12.118

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Characterization of Mixing Performance in a Microreactor and its Application to the Synthesis of Porous Coordination Polymer Particles2015

    • Author(s)
      Satoshi Watanabe, Shuji Ohsaki, Akiko Fukuta, Tatsuya Hanafusa, Kento Takada, Hideki Tanaka, Taisuke Maki, Kazuhiro Mae, Minoru T. Miyahara
    • Journal Title

      Journal of the Society of Powder Technology, Japan

      Volume: 52 Issue: 7 Pages: 382-389

    • DOI

      10.4164/sptj.52.382

    • NAID

      130005090548

    • ISSN
      0386-6157, 1883-7239
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Microreactor Flow Synthesis of Porous Coordination Polymer Nanoparticles and Characterization of their Adsorption Properties2015

    • Author(s)
      Shuji Ohsaki, Satoshi Watanabe, Hideki Tanaka, Kazuhiro Mae, Minoru T. Miyahara
    • Journal Title

      Journal of The Society of Powder Technology Japan

      Volume: 52 Issue: 12 Pages: 707-713

    • DOI

      10.4164/sptj.52.707

    • NAID

      130005116362

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] ZIF-8粒子のフロー式精密合成と分子シミュレーションモデリング2017

    • Author(s)
      大崎 修司, 渡邉 哲, 田中 秀樹, 前 一廣, 宮原 稔
    • Organizer
      化学工学会 第82年会
    • Place of Presentation
      芝浦工業大学 (東京都,江東区)
    • Year and Date
      2017-03-06
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Nucleation and Growth Processes of Zeolitic Imidazolate Framework-8 Particles2017

    • Author(s)
      Atsushi Fujiwara, Shuji Ohsaki, Satoshi Watanabe, Kazuhiro Mae, and Minoru T. Miyahara
    • Organizer
      POSTECH-Kyoto Univ.-Tsinghua Univ. Joint Students Workshop on Microreactor
    • Place of Presentation
      Pohang (Korea)
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] マイクロリアクタを用いたZIF-8微粒子合成と形成過程の熱力学的解析2016

    • Author(s)
      藤原 篤, 渡邉 哲, 大崎 修司, 宮原 稔
    • Organizer
      第67回コロイドおよび界面化学討論会
    • Place of Presentation
      北海道教育大学旭丘校 (北海道,旭川市)
    • Year and Date
      2016-09-22
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Synthesis of Metal-Organic Framework particles with controlled size, shape and adsorption properties2016

    • Author(s)
      Shuji Ohsaki, Satoshi Watanabe, Hideki Tanaka, Kazuhiro Mae, Minoru T. Miyahara
    • Organizer
      14th International Conference on Microreaction Technology
    • Place of Presentation
      Beijing (China)
    • Year and Date
      2016-09-12
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 多孔性錯体ZIF-8の形成機構に関する熱力学的解析2016

    • Author(s)
      大崎 修司, 藤原 篤, 渡邉 哲, 宮原 稔
    • Organizer
      化学工学会第48回秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学 (徳島県,徳島市)
    • Year and Date
      2016-09-06
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] ソフト多孔性錯体微粒子の形成メカニズムの解明と粒径・形状による吸着特性制御2016

    • Author(s)
      大崎 修司, 渡邉 哲, 田中 秀樹, 宮原 稔
    • Organizer
      材料化学システム工学討論会2016
    • Place of Presentation
      東京大学 (東京都,文京区)
    • Year and Date
      2016-08-24
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] ZIF-8微粒子の形成機構に関する熱力学的解析2016

    • Author(s)
      大崎 修司, 藤原 篤, 渡邉 哲, 前 一廣, 宮原 稔
    • Organizer
      2016年度 第2回 粉体操作に伴う諸現象に関する勉強会
    • Place of Presentation
      柿野温泉八勝園湯元館 (岐阜県,土岐市)
    • Year and Date
      2016-07-29
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 多孔性錯体微粒子の形成機構に関する熱力学的解析2016

    • Author(s)
      大崎 修司, 藤原 篤, 渡邉 哲, 前 一廣, 宮原 稔
    • Organizer
      粉体工学会2016年度春期研究発表会
    • Place of Presentation
      京都リサーチパーク (京都府,京都市)
    • Year and Date
      2016-05-17
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 多孔性錯体粒子における吸着誘起構造変化と拡散メカニズムの解明2016

    • Author(s)
      大崎 修司, 森本 雄樹, 渡邉 哲, 前 一廣, 宮原 稔
    • Organizer
      化学工学会 第81年会
    • Place of Presentation
      関西大学 (大阪・吹田市)
    • Year and Date
      2016-03-13
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Microreactor flow synthesis of zeoltiic imidazolate framework particles with controlled size, shape and adsorption properties2015

    • Author(s)
      Shuji Ohsaki, Kento Takada, Satoshi Watanabe, Kazuhiro Mae, Minoru T. Miyahara
    • Organizer
      1st European Conference on Metal Organic Frameworks and Porous Polymers
    • Place of Presentation
      Potsdam (Germany)
    • Year and Date
      2015-10-11
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Microreactor flow synthesis of ZIF-8 particles with controlled size, shape and adsorption properties2015

    • Author(s)
      Shuji Ohsaki, Kento Takada, Satoshi Watanabe, Kazuhiro Mae, 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] 多孔性錯体ZIF-8が示す吸着誘起構造転移現象の粒径・形状依存性2015

    • Author(s)
      大崎 修司, 渡邉 哲, 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 (北海道・札幌市)
    • Year and Date
      2015-09-09
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] ZIF-8微粒子が示す吸着誘起構造転移現象の自由エネルギー解析2015

    • Author(s)
      大崎 修司, 渡邉 哲, 田中 秀樹, 宮原 稔
    • Organizer
      2015年 第2回粉体操作に伴う諸現象に関する勉強会
    • Place of Presentation
      琵琶湖畔近江白浜旅館 (滋賀・高島市)
    • Year and Date
      2015-07-31
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 多孔性錯体ZIF-8微粒子の粒径・形状制御と吸着特性解析2015

    • Author(s)
      大崎 修司, 高田 健斗, 渡邉 哲, 田中 秀樹, 前 一廣, 宮原 稔
    • Organizer
      2015年度 粉体工学会春期研究発表会
    • Place of Presentation
      連合会館 (東京・千代田区)
    • Year and Date
      2015-05-19
    • Related Report
      2015 Annual Research Report

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

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