Brand-new nanoporous materials with a liquid-crystal transition point at room temperature for on-site gas supply systems
| Project/Area Number |
23K23173
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| Project/Area Number (Other) |
22H01905 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 28030:Nanomaterials-related
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
二村 竜祐 信州大学, 学術研究院理学系, 助教 (90647223)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
飯山 拓 信州大学, 学術研究院理学系, 教授 (30313828)
関口 龍太 弘前大学, 理工学研究科, 助教 (60806222)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2022: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000)
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| Keywords | ナノポーラス材料 / イオン液体 / 相転移 / ガス分離 / π共役系 / 融解挙動 / ガス吸着能 / 結晶-液体相転移 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では『液体であるナノカーボン』の創成を分子ナノカーボンとイオン液体との融合によって達成する。我々はこれを流動性ナノカーボンと名付けた。流動性ナノカーボンは室温近傍で結晶から液体への一次相転移を示す、これまでに例のないナノ空間材料である。我々独自の手法である3次元液体構造解析法により、流動性ナノカーボンのガス分離・貯蔵における機能性を分子レベルで明らかする。本研究の最終目標として、流動性ナノカーボンの固液相転移を能動的に利用することで初めて可能となる、室温近傍というエコな温度制御での新規ガス分離・貯蔵・供給システムを開発し、『未来形の環境・エネルギー問題の解』を提案する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では新奇機能性材料である流動性ナノカーボンを、①『分子ナノカーボンを骨格に有するイオン液体の合成』により達成する。そして、②基礎物性を評価（融点、ガス吸着能、光学特性等）し、独自の手法である③3次元液体構造解析により機能性を分子レベルで明らかにする。さらに最終目標として、④流動性ナノカーボンの相転移現象を能動的に利用することで初めて可能となる、省エネルギーなオンサイトガス分離・貯蔵システムを開発する。1年目の本年度は、特に①と②に注力し、研究を行った。
①分子ナノカーボンを骨格に含むイオン液体の合成（担当:二村、関口）
アントラセンを骨格中に含むイオン液体の合成を行った。ウルマンカップリング反応を含む3段階の合成法により、トータル収率7％にて目的の化合物を得ることができた。今後、収率の向上を試みる。目的の化合物は室温で液体として得られ、π共役系特有の蛍光発光を示すイオン液体であることを確認した。本手法はアントラセン以外にも、より大きなπ共役系分子を骨格に含むイオン液体に対しても展開可能であり、今後ピレンやテルフェニル、カーボンナノリングなどを用いて検討を行う。
②流動性ナノカーボンの基礎物性評価（担当:二村）
合成によって得たアントラセンを骨格に含むイオン液体についてDSC測定を行い、相転移挙動を確認した。DSC測定により合成物の融点は70℃付近に存在するが、融解後は室温でも数か月以上の間安定に液体として存在するイオン液体であることが確認できた。この知見は、流動性ナノカーボンの有する液体-結晶相転移に対する非常に重要な知見である。今後は陰イオンの種類を変更することでより低融点を持つ流動性ナノカーボンの合成や、そのガス吸着能について詳細に検討を行う。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
1年目の研究において、π共役分子を骨格に含むイオン液体の合成手法が確立できた。一方で、環状の分子を骨格に含むイオン液体の合成には至っていない。2年目以降は、関口助教との連携により、環状構造を有する流動性ナノカーボンの合成に注力する。それと並行し、合成に成功したアントラセンを骨格に含む流動性ナノカーボンのガス吸着性能の評価を行い、2年目以降のガス分離装置の開発へと展開する。
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| Strategy for Future Research Activity |
2年目からは、③流動性ナノカーボンの3次元液体構造解析および④流動性ナノカーボンの相転移現象を利用した、新規ガス分離装置開発とCO2の高効率除去の研究にも着手する。1年目で合成した、流動性ナノカーボンとガス分子との相互作用について、蒸気吸着等温線測定から知見を得る。低温での安定相である結晶状態及び高温での安定相である液体状態について、そのガス吸着能を測定し、固液相転移に伴うガス吸着能の変化を評価する。この知見は新規ガス分離装置の作成の上で非常に重要な知見となる。2年目の後半には1年目に購入したガスクロマトグラフ装置を検出器とした新規ガス分離装置の作成に着手する。さらに③の研究において、in-situ X線散乱測定から流動性ナノカーボンの有するナノ空間中へのガス分子の吸着または脱着状態をミクロスコピックに明らかにする。
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Report
(1 results)
Research Products
(2 results)
