Pore Structure Design of Metal Phosphonate MOFs by Isoreticular Synthesis

• Project/Area Number: 19K05645
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 36010:Inorganic compounds and inorganic materials chemistry-related
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: Maeda Kazuyuki 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60343159)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: MOF / 金属ホスホネート / 粉末X線結晶構造解析 / 多孔性材料 / 多孔体

Outline of Research at the Start

多価有機ホスホン酸架橋配位子を用いた結晶性金属ホスホネート多孔体(MOF)は、高い熱的・化学的安定性が期待されるものの、生成するMOFの構造を予測・設計することが困難である。本研究では、分子設計された一連の多価有機ホスホン酸を架橋配位子として用いることにより、化学的に安定で、細孔サイズ・形状を制御できる同型構造の金属ホスホネートMOFを開発し、形状選択性固体触媒への応用を検討する。

Outline of Final Research Achievements

Several novel microporous MOFs were obtained in hydro(solvo)thermal synthesis by using aromatic tetraphosphonate linkers with terphenyl or tetraphenylpyrene moieties. The obtained MOFs have similar one-dimensional channels, which are regarded as frameworks isoreticular or similar to MOFs obtained from the corresponding biphenyl linker with enlarged channel sizes.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

多価ホスホン酸架橋配位子を用いた金属ホスホネートMOFは、熱的・化学的安定性に優れることから注目されているものの、ホスホン酸の配位様式の多様さゆえにミクロ細孔を有する材料が得られにくいことが課題であった。本研究において分子設計された多価有機ホスホン酸を用いることにより、様々な大きさの細孔を有する安定なミクロ多孔性MOFが得られており、こうしたMOFの母体となりうる構造の設計指針を見出すことができた。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 上海科学技術大学(中国)
• [Journal Article] Interlayer Modification of a Layered Silicate RUB-18 with 4-Phosphonophenylsilane and Its Surface Acidic Functions (2022)
  • Author(s): Nomi Masafumi、Morita Masashi、Kondo Atsushi、Maeda Kazuyuki
  • Journal Title: Inorganic Chemistry Volume: 61 Issue: 13 Pages: 5255-5261
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.1c03795
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Elucidation of Nitrogen Adsorption Behaviour of AlMepO-alpha by In-situ Powder X-ray Diffraction Study (2021)
  • Author(s): Kazuyuki Maeda, Hiroaki Minta, Atsushi Kondo, Shogo Kawaguchi
  • Organizer: FEZA2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Topotactic Pillaring of Layered Metal Phosphonates and Phosphates to Zeolitic Frameworks (2021)
  • Author(s): Kazuyuki Maeda
  • Organizer: International Conference on Materials Science and Engineering 2021
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ピレン骨格を有する多孔性金属ホスホネートMOFの構造と性質 (2021)
  • Author(s): 鳥居真那、佐藤岳、Junyan Li、森田将司、近藤篤、Jihong Yu、寺崎治、前田和之
  • Organizer: 日本ゼオライト学会ゼオライト研究発表会
• [Presentation] アダマンタン骨格を有するテトラホスホン酸を用いた新規HOFの合成と特性 (2021)
  • Author(s): 淵田克由、森田将司、前田和之
  • Organizer: 日本ゼオライト学会ゼオライト研究発表会
• [Presentation] 芳香族テトラホスホン酸を用いたisoreticular synthesisによるMOFの合成 (2019)
  • Author(s): 文倉篤志、首藤大輝、近藤篤、前田和之
  • Organizer: 日本ゼオライト学会第35回ゼオライト研究発表会
• [Presentation] ピレン骨格を有する多孔性金属ホスホネートの合成 (2019)
  • Author(s): 佐藤岳、近藤篤、前田和之
  • Organizer: 日本ゼオライト学会第35回ゼオライト研究発表会