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Water clusters in non-symmetric hydrophobic coordination space

Publicly Offered Research

Project AreaCoordination Asymmetry: Design of Asymmetric Coordination Sphere and Anisotropic Assembly for the Creation of Functional Molecules
Project/Area Number 17H05357
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

佐藤 弘志  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (20598586)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2017: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywords配位高分子 / 多孔性材料 / ナノグラフェン / ガス吸着 / 配位空間 / 結晶 / クラスター / 多孔体 / 多環芳香族化合物 / ヘキサベンゾコロネン / 吸着
Outline of Annual Research Achievements

ナノグラフェンは原子レベルで構造制御されたグラフェンの部分構造であり、分子間に働く強力なπ-π相互作用を利用して、様々な超分子構造体形成が試みられてきた(Aida et al. Science 2004)。一方、ナノグラフェンの広大な「π共役表面」を機能性部位として用いる試みは、理論研究を除き行われていない。「ナノグラフェンに囲まれた空間はどのような機能を発現するのか?」この基礎科学的な問いから、申請者は、金属-有機構造体(MOF)を足場としたナノグラフェン表面を有する多孔性材料:ナノグラフェンMOFの合成に挑んだ。ナノグラフェン自体は堅く、平坦な構造をしているが、ナノグラフェンMOFは取り込むゲスト分子へ適応して穴の形状・サイズを変化させる興味深い現象を見出した。本成果はナノグラフェン表面の性質に切り込んだ基礎科学的な点に加え、多孔性カーボン材料の新たな可能性を見出した点で極めて意義深い。MOF中のナノグラフェン部位はカルボキシレートと亜鉛イオンとの配位結合二点のみで固定されており、回転自由度が与えられている。この回転自由度の存在が、ナノグラフェンMOFに破格の機能を発現させることを見出した。二酸化炭素やアセチレン、プロパン、プロピレンなどのガス分子を吸着させたところ、全てに共通してヒステリシスを伴う多段階の吸着過程を示した。吸脱着におけるヒステリシスは、細孔内に取り込んだガス分子を保持する能力が高いことを意味しており、ガス貯蔵への応用が期待できる。また、導入するゲスト分子の種類によってナノグラフェンのコンフォメーション変化の様子は全く異なる。これらの結果は一般的な二次元層状化合物の層間拡張現象と著しく異なっており、ナノグラフェンMOFがゲストに適応してナノグラフェン部位を回転させながら細孔構造を変化させるという特異な吸着メカニズムによって初めて実現可能となる現象である。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2019 2018 2017

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] One-Step Synthesis of an Adaptive Nanographene MOF: Adsorbed Gas-Dependent Geometrical Diversity2019

    • Author(s)
      Suginome Shun、Sato Hiroshi、Hori Akihiro、Mishima Akio、Harada Yuki、Kusaka Shinpei、Matsuda Ryotaro、Pirillo Jenny、Hijikata Yuh、Aida Takuzo
    • Journal Title

      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 141 Issue: 39 Pages: 15649-15655

    • DOI

      10.1021/jacs.9b07732

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Stepwise Expansion of Layered Metal?Organic Frameworks for Nonstochastic Exfoliation into Porous Nanosheets2018

    • Author(s)
      Au Vonika Ka-Man、Nakayashiki Kazuki、Huang Hubiao、Suginome Shun、Sato Hiroshi、Aida Takuzo
    • Journal Title

      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 141 Issue: 1 Pages: 53-57

    • DOI

      10.1021/jacs.8b09987

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Nanographene-Based Flexible MOFs2019

    • Author(s)
      Shun Suginome、Hiroshi Sato、Takuzo Aida
    • Organizer
      Self-Assembly & Supramolecular Chemistry Gordon Research Seminar
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Nanographene-Based Flexible MOFs2019

    • Author(s)
      Shun Suginome、Hiroshi Sato、Takuzo Aida
    • Organizer
      Self-Assembly & Supramolecular Chemistry Gordon Research Conference
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] daptive Nanographene MOF: Guest-Dependent Geometrical Diversity2019

    • Author(s)
      Shun Suginome、Hiroshi Sato、Takuzo Aida
    • Organizer
      CEMS International Symposium on Supramolecular Chemistry
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Adaptive Nanographene MOF2019

    • Author(s)
      杉野目 駿、佐藤 弘志、相田 卓三
    • Organizer
      錯体化学会第69回討論会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] ナノグラフェンMOFが示す多段階ガス吸着挙動2019

    • Author(s)
      杉野目 駿、佐藤 弘志、相田 卓三
    • Organizer
      第33回日本吸着学会研究発表会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Nanographene-based Flexible Metal-Organic Frameworks2018

    • Author(s)
      杉野目駿、佐藤弘志、相田卓三
    • Organizer
      日本化学会第98春季年会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Nanographene-Based Metal-Organic Frameworks2017

    • Author(s)
      杉野目駿、佐藤弘志、相田卓三
    • Organizer
      第66回高分子学会年次大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Flexible Nanographene-Based Metal-Organic Frameworks2017

    • Author(s)
      杉野目駿、佐藤弘志、相田卓三
    • Organizer
      錯体化学会第67回討論会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 固くて柔らかい穴の空いた結晶を舞台とする化学2017

    • Author(s)
      佐藤弘志
    • Organizer
      第7回CSJ化学フェスタ2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Nanographene-Based Metal-Organic Frameworks2017

    • Author(s)
      杉野目駿、佐藤弘志、相田卓三
    • Organizer
      2nd European Conference on Metal&-Organic Frameworks and Porous Polymers
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

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Published: 2017-04-28   Modified: 2021-01-27  

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