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Creation of crystalline polysiloxane materials by controlled assembly of nanobuilding blocks

Research Project

Project/Area Number 23K26744
Project/Area Number (Other) 23H02051 (2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023)
Section一般
Review Section Basic Section 36010:Inorganic compounds and inorganic materials chemistry-related
Research InstitutionWaseda University

Principal Investigator

下嶋 敦  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (90424803)

Project Period (FY) 2023-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥18,850,000 (Direct Cost: ¥14,500,000、Indirect Cost: ¥4,350,000)
Fiscal Year 2025: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥9,880,000 (Direct Cost: ¥7,600,000、Indirect Cost: ¥2,280,000)
Keywordsシロキサン / ビルディングブロック / 配列制御 / 多孔体 / ナノ構造体 / 水素結合
Outline of Research at the Start

シロキサン(Si-O-Si)材料は優れた化学的、熱的安定性などの特徴を有し、精密な構造制御によって幅広い応用が期待できる。本研究では、シラノール基などで修飾されたシロキサン化合物をビルディングブロックとして用い、分子を配列制御した後、シロキサン結合で架橋することによって分子レベルの規則性骨格を有する新しいシロキサン系ナノ材料を創出することを目的とする。ビルディングブロックの分子設計、配列場の制御、鋳型分子の利用などを駆使して、1次元ナノファイバー、2次元ナノシート、3次元多孔性骨格を構築し、分離膜、触媒、吸着材料などへの応用を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

1) 3次元多孔体の作製
二重6員環(D6R)構造のカゴ型シリケートの頂点にSiCH=CH2基やSiH基、SiOEt基を修飾する手法を確立し、それらをビルディングブロックとして、頂点官能基間のヒドロシリル化反応や、ルイス酸触媒を用いたシロキサン結合形成反応によって、3次元的な多孔性ネットワーク構造体の構築に成功した。この系において、カゴ型ゲルモキサン(Ge-O-Ge)化合物が新たな細孔形成のための無機鋳型として利用可能であることを示した。さらに、シラノール基で修飾された二重4員環(D4R)構造のカゴ型シロキサンとAl化合物等とのSi-O-M (M = 金属)結合形成により、孤立金属サイトを有する多孔体を得た。新しいメタロシロキサン系ビルディングブロックとして、2分子のカゴ型シロキサンがTi-O-Ti結合で架橋された二核金属サイトを有するダンベル型化合物の合成にも成功した。
2) 2次元構造体の作製
1頂点に長鎖アルキル基を修飾したカゴ型シロキサンの多層配列に成功した。層剥離によるナノシート化に向けた設計として、長鎖の第四級アンモニウム基を有する多層有機シロキサン構造体の作製も行った。さらに、界面活性剤の分子集合体を鋳型として用いたシリカナノシートの直接合成法も開発した。触媒への展開に向けて、層状ケイ酸塩を2次元の結晶性ナノシートとして用い、表面の金属修飾による触媒活性点の導入や、ナノ粒子との複合化による結晶性多孔体の作製にも成功した。
3) 1次元構造体の作製
ジメチルシラノール基修飾されたD6Rシロキサンの分子間水素結合による1次元配列を達成した。また、1次元配列を保持したまま分子間をシロキサン結合で連結するための制限場として、シリンダー状のナノチャネルを有する有機修飾型メソポーラスシリカの作製を行い、メソ孔内へのオリゴシロキサンの導入が可能であることを確認した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

3次元多孔体の作製については、新しいビルディングブロックの利用や金属種の導入により様々な新規材料が得られている。また、1次元、2次元配列についても一定の成果が得られている。いずれの系についても論文発表を行っており、研究が順調に進展していると言える。

Strategy for Future Research Activity

3次元多孔体の作製については、薄膜などへの形態制御や、金属種を導入したメタロシロキサン系材料の触媒特性評価を行う。1次元、2次元構造体の作製については、カゴ型シロキサンの1次元配列場としてのメソポーラスシリカや、2次元配列場としての界面活性剤の分子集合体を利用して、カゴ型シロキサンの1次元、2次元配列制御による規則性(結晶性)シロキサン材料の合成に取り組む。

Report

(1 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • Research Products

    (23 results)

All 2024 2023

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 3 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 5 results)

  • [Journal Article] Direct cross-linking of silyl-functionalized cage siloxanes <i>via</i> nonhydrolytic siloxane bond formation for preparing nanoporous materials2024

    • Author(s)
      Kikuchi Miharu、Hayashi Taiki、Matsuno Takamichi、Kuroda Kazuyuki、Shimojima Atsushi
    • Journal Title

      Dalton Transactions

      Volume: 53 Issue: 14 Pages: 6256-6263

    • DOI

      10.1039/d4dt00215f

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Utilization of cage germoxanes as templates for tuning pore characteristics of siloxane-based materials2024

    • Author(s)
      Hayashi Taiki、Matsuno Takamichi、Kuroda Kazuyuki、Shimojima Atsushi
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 53 Issue: 3

    • DOI

      10.1093/chemle/upae025

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Swelling ability and Lewis acidity of layered octosilicate modified with isolated dialkyltin species2024

    • Author(s)
      Yatomi Masashi、Kuroda Kazuyuki、Shimojima Atsushi
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 53 Issue: 3

    • DOI

      10.1093/chemle/upae020

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hexagonal Prismatic Siloxanes Functionalized with Organosilyl Groups as Building Blocks of Nanoporous Materials2024

    • Author(s)
      Hayashi Taiki、Kikuchi Miharu、Murase Nanako、Matsuno Takamichi、Sugimura Natsuhiko、Kuroda Kazuyuki、Shimojima Atsushi
    • Journal Title

      Chemistry - A European Journal

      Volume: 30 Issue: 17

    • DOI

      10.1002/chem.202304080

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Preparation of silyl-functionalized double six-ring (D6R) siloxanes and unique assembly by hydrogen bonding of silanol groups2024

    • Author(s)
      Naoto Sato, Hiroaki Wada, Kazuyuki Kuroda, Atsushi Shimojima
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 53 Issue: 2

    • DOI

      10.1093/chemle/upad048

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Immobilization of isolated dimethyltin species on crystalline silicates through surface modification of layered octosilicate2023

    • Author(s)
      Yatomi Masashi、Hikino Takuya、Yamazoe Seiji、Kuroda Kazuyuki、Shimojima Atsushi
    • Journal Title

      Dalton Transactions

      Volume: 52 Issue: 48 Pages: 18158-18167

    • DOI

      10.1039/d3dt03231k

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Formation of a molecularly and mesoscopically ordered structure from cage siloxanes with a long alkyl chain and dimethylsilanol groups2023

    • Author(s)
      Hattori Yuta、Hayashi Taiki、Hikino Takuya、Miwa Ryuta、Oka Yosuke、Fujino Koki、Sato Naoto、Matsuno Takamichi、Wada Hiroaki、Kuroda Kazuyuki、Shimojima Atsushi
    • Journal Title

      Journal of Sol-Gel Science and Technology

      Volume: 108 Issue: 2 Pages: 392-400

    • DOI

      10.1007/s10971-023-06184-w

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Controlled Assembly of Building Blocks for the Design of Siloxane-based Nanomaterials2023

    • Author(s)
      Atsushi Shimojima
    • Organizer
      2023 International Conference on Advanced Nano-Micro Materials
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Design of Nanostructured Organosiloxane-based Materials with Dynamic Functions2023

    • Author(s)
      Atsushi Shimojima
    • Organizer
      10th EUROPEAN SILICON DAYS
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      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 規則性ナノ細孔を有する有機シロキサン系エラストマーの作製2023

    • Author(s)
      内田諒真、松野敬成、村本奈穂、針ヶ谷壮啓、田中亮祐、黒田一幸、下嶋 敦
    • Organizer
      日本ゾル-ゲル学会 第21回討論会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 内部空間を有するカゴ型シロキサンを用いたナノ多孔体の構築2023

    • Author(s)
      菊地弥温、村瀬菜々子、林 泰毅、佐藤尚人、杉村夏彦、松野敬成、黒田一幸、下嶋 敦
    • Organizer
      日本ゾル-ゲル学会 第21回討論会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] シロキサン系材料の分子~ナノレベル構造制御と機能創出2023

    • Author(s)
      下嶋 敦
    • Organizer
      日本ゾル-ゲル学会 第21回討論会
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      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 層状ケイ酸塩表面へのSn修飾によるルイス酸触媒の合成2023

    • Author(s)
      岩上 健、片山穂南、彌富 昌、疋野拓也、下嶋 敦
    • Organizer
      日本ゼオライト学会 第30回ゼオライト夏の学校
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Ordered Assembly of Cage-like Building Blocks for the Creation of Siloxane-based Nanomaterials2023

    • Author(s)
      Atsushi Shimojima
    • Organizer
      The 4th International Conference on NanoMaterials for Health, Energy and the Environment (ICNM2023)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] カゴ型シロキサンおよびゲルモキサン系元素ブロックの連結制御によるナノ材料創製2023

    • Author(s)
      下嶋 敦
    • Organizer
      日本セラミックス協会 第36回秋季シンポジウム
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      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] SiOH基修飾かご型シロキサンのSn架橋による多孔体合成とその触媒特性2023

    • Author(s)
      疋野拓也、黒田一幸、下嶋 敦
    • Organizer
      第132回触媒討論会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Ti-O-Ti 結合を有するチタノシロキサン系化合物の構造と触媒特性2023

    • Author(s)
      川久保優香、疋野拓也、下嶋 敦
    • Organizer
      第132回触媒討論会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Ti-O-Ti 結合を有するかご型シロキサン系分子の合成と触媒特性2023

    • Author(s)
      川久保優香、疋野拓也、下嶋 敦
    • Organizer
      第27回ケイ素化学協会シンポジウム
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  • [Presentation] かご型ドデカシリケートをビルディングブロックとして用いたナノ多孔体の作製2023

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      菊地弥温、村瀬菜々子、林 泰毅、佐藤尚人、松野敬成、黒田一幸、下嶋 敦
    • Organizer
      第27回ケイ素化学協会シンポジウム
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] アルキルアンモニウム基を有するアルコキシシランを用いた有機シロキサン系メソ構造体薄膜の作製2023

    • Author(s)
      井戸一智、齊藤優希、宮本佳明、松野敬成、下嶋 敦
    • Organizer
      日本化学会 第104回春季年会
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  • [Presentation] ビス(トリエトキシシリル)ベンゼンの加水分解・縮合により得られる有機架橋型シロキサンオリゴマーの構造制御2023

    • Author(s)
      鈴木麻由、菊地弥温、林 泰毅、松野敬成、下嶋 敦
    • Organizer
      日本化学会 第104回春季年会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Synthesis of Porous Catalysts by Condensation Reaction of Silanol-modified Cage Siloxanes with Metal Species2023

    • Author(s)
      Takuya Hikino, Takamichi Matsuno, Kazuyuki Kuroda, Atsushi Shimojima
    • Organizer
      日本化学会 第104回春季年会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 結晶性シリカナノシートをビルディングブロックとしたナノ多孔体の作製2023

    • Author(s)
      長谷部颯汰、堀 暖奈、彌富 昌、松野敬成、下嶋 敦
    • Organizer
      日本セラミックス協会 2024年年会
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      2023 Annual Research Report

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Published: 2023-04-18   Modified: 2024-12-25  

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