Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
集積型錯体結晶である多孔性金属錯体(MOF)中に分子性の金属酸化物クラスターであるポリオキソメタレート(POM)を内包した内圏型超セラミックスであるPOM@MOFを基盤とした機能物性科学を展開する。POM@MOFではPOMを液相に近い状態で固体化できるため、POMが有する酸化還元特性を最大限に活用できる。さらにMOF細孔の精密設計を行うことで、電子移動とカップリングしたイオンの吸着・輸送の高機能発現を目指す。
本研究は集積型錯体結晶である多孔性金属錯体(metal-organic framework,MOF)中に分子性の金属酸化物クラスターであるポリオキソメタレート(POM)を内包した内圏型超セラミックスであるPOM@MOFを基盤とした機能物性科学を展開することを目的とする。本年度はPOM@MOFのCs+イオン吸着材料としての応用を検討した。溶液中からのCs+イオン除去は、水や有機溶媒の処理において重要な課題である。これまで活性炭やゼオライト等の多孔性材料を用いたCs+吸着が検討されてきたが、その吸着性能は頭打ちになりつつあり、新たな吸着材料の開発が求められている。そこで本研究では、Cs+吸着材料としてPOM@MOFに着目した。POM@MOFを構成するMOFとしては、高い構造安定性を有するZn[2-methylimidazolate]2 (ZIF-8)、POMとしては酸化還元活性を有するKeggin型POM [PMo12O40]3- (PMo12)を選定した。PMo12＠ZIF-8複合体の合成はPMo12の存在下でZIF-8の前駆体を液相中で反応させることで行った。メタノール溶液中におけるCs+吸着特性を評価したところ、PMo12＠ZIF-8はZIF-8単体を凌駕する吸着特性を示した。さらにCs+吸着条件下で還元剤となるアスコルビン酸を添加すると、Cs+吸着量の増加が観測された。吸着機構解明のために、還元的にCs+吸着させたPMo12＠ZIF-8のXPS測定を行ったところ、PMo12の6価のMoの一部が5価のMoに還元され、PMo12の負電荷が増大することが観測された。これらの結果より、PMo12の還元により増加した負電荷の電荷補償として、Cs+がPMo12＠ZIF-8の構造中に取り込まれることが、吸着機能の向上の鍵になることが示唆された。
1: Research has progressed more than it was originally planned.
当初の予定では、本年度はPOM@MOFの合成および構造解析を行い、POM@MOFの機能性の本格的な評価は次年度に行う予定であった。しかしながら、実際のところは本年度の間に、POM@MOFを用いたCs+イオン吸着特性の評価も実施することができ、また吸着機構解明も行うことができた。そのため、当初の計画以上に進展していると判断した。
今後はPOM@MOFを用いた更なる機能発現を目指して行く。具体的には、無機カチオンであるCs+イオンの吸着だけでなく、メチレンブルー等の有機カチオンの吸着への応用を進める。またPOMの還元を駆動力としたイオン吸着に加えて、超セラミックス中のPOMの酸化還元を利用したH+伝導性の制御等も試みる。
All 2024 2023
All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results, Open Access: 1 results) Presentation (2 results)
Chem Catalysis
Volume: 3 Issue: 7 Pages: 100607-100607
10.1016/j.checat.2023.100607
Small
Volume: なし Issue: 17 Pages: 2307004-2307004
10.1002/smll.202307004
