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マクロ・メソ・マイクロ孔構造領域に秩序構造をもつ階層的多孔材料の新規作製と応用

Research Project

Project/Area Number 19J22552
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 36010:Inorganic compounds and inorganic materials chemistry-related
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

原 瑶佑  京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2019-04-25 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2020: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywordsゾル―ゲル法 / 金属有機構造体 / リチウムイオンバッテリー / リチウム空気電池
Outline of Research at the Start

多孔体は触媒、分離媒体、吸着剤、エネルギー貯蔵・変換などの様々な分野において広く研究されている。階層的な多孔構造を設計することは材料のさらなる機能化につながる。階層的多孔構造においてマクロ孔(>50 nm)構造のみならず、メソ孔(2~50nm)構造およびマイクロ孔(<2nm)構造領域においても構造を精密に制御することは、その材料のもつ多彩な性能を最大限引き出せる可能性をもち、一般的な作製手法の確立が求められている。本研究では金属有機構造体のマイクロ・メソ孔領域における多孔性結晶構造に注目し、その階層的な構造制御を試みることで幅広い細孔領域で精密制御可能な新規多孔体の合成設計を試みる。

Outline of Annual Research Achievements

令和三年度は前年度に開発した金属有機構造体(MOF)の多段階ステップでの集合制御手法を拡張することで、材料中の分子レベルの欠陥からマイクロ・メソ・マクロ孔構造の独立的な階層構造制御手法の確立を試みた。ここでは特にUiO-66型MOFの集合形態と分子レベルの欠陥構造に着目することで、分子レベルの欠陥からマイクロ・メソ・マクロ孔構造の独立的な階層構造制御が可能となった。また、その細孔構造が与える影響について通液試験によって明らかにした(論文投稿準備中)。さらにこうした多孔性材料開発の知見を活かすことで、リチウムイオンバッテリー(LIB)における多孔性カソード材料の開発を行った。結果、酸化物多孔性材料における酸化物のヘテロ接合がLIBのサイクル特性およびレート特性に与える影響について明らかとした(論文投稿中)。また、多孔性材料の更なる構造制御手法の開拓を目指して金属有機多孔面体(MOP)の集合状態の制御を試みた。ここでは特にMOPのメゾスコピック領域における集合状態をMOP間の電荷反発と溶媒蒸発に誘起されるミセルの自己集合に注目することで制御することを試みた。結果、球状または棒状ミセルによってMOPの集合状態を制御することが可能であり、階層的多孔性材料の更なる構造制御手法が新規に開発された。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2021 2020 2019

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 1 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Solーgel based structural designs of macropores and material shapes of metal?organic framework gels2021

    • Author(s)
      Hara Yosuke、Manabe Kohei、Nakanishi Kazuki、Kanamori Kazuyoshi
    • Journal Title

      Materials Advances

      Volume: 2 Issue: 13 Pages: 4235-4239

    • DOI

      10.1039/d0ma01009j

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Tunable and Well-Defined Bimodal Porous Model Electrodes for Revealing Multiscale Structural Effects in the Nonaqueous Li-O2 Electrode Process2021

    • Author(s)
      Yosuke Hara, Manai Ono, Shoichi Matsuda, Kazuki Nakanishi, Kazuyoshi Kanamori, Ken Sakaushi*
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 125 Issue: 2 Pages: 1403-1413

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.0c10446

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Emergent Electrochemical Functions and Future Opportunities of Hierarchically Constructed Metal-Organic Frameworks and Covalent Organic Frameworks2021

    • Author(s)
      Y. Hara, K. Sakaushi
    • Journal Title

      Nanoscale

      Volume: 13 Issue: 13 Pages: 6341-6356

    • DOI

      10.1039/d0nr09167g

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Colorless Transparent Melamine?Formaldehyde Aerogels for Thermal Insulation2020

    • Author(s)
      Nakanishi Yuki、Hara Yosuke、Sakuma Wataru、Saito Tsuguyuki、Nakanishi Kazuki、Kanamori Kazuyoshi
    • Journal Title

      ACS Applied Nano Materials

      Volume: 3 Issue: 1 Pages: 49-54

    • DOI

      10.1021/acsanm.9b02275

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Self-assembly of metal-organic frameworks into monolithic materials with highly controlled trimodal pore structures2019

    • Author(s)
      Yosuke HARA, Kazuyoshi KANAMORI, Kazuki NAKANISHI*
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 58 Issue: 52 Pages: 19047-19053

    • DOI

      10.1002/anie.201911499

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 金属有機構造体の自己集合が実現する高気孔率材料の三層多孔構造制御2019

    • Author(s)
      原瑶佑、金森主祥、中西和樹
    • Organizer
      日本ゾル-ゲル学会第17回討論会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Preparation of the self-standing electroconductive metal oxide with controlled multiscale porosity2019

    • Author(s)
      Yosuke Hara, Ken Sakaushi, Kazuyoshi Kanamori, and Kazuki Nakanishi
    • Organizer
      International Sol-Gel Conference
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Synthetic strategies toward ordered macroporous metal-organic frameworks monoliths2019

    • Author(s)
      Yosuke Hara, Kazuyoshi Kanamori, and Kazuki Nakanishi
    • Organizer
      The 13th Pacific Rim Conference of Ceramic Societies
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2019-05-29   Modified: 2024-03-26  

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