配位高分子を用いたイオン交換材料の創成

• Project Area: Coordination Programming - Science of Molecular Superstructures for Chemical Devices
• Project/Area Number: 24108718
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 山田 鉄兵 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10404071)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2013: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2012: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
• Keywords: 配位高分子 / プロトン伝導 / イオン伝導 / イオン交換 / イオン吸着

Research Abstract

(1)新規固体酸配位高分子の合成 我々は配位高分子の空孔に酸性基を導入する新手法である“保護－脱保護法”を提案した。この手法は、導入したい官能基を有機反応により保護し、錯形成を行った後に脱保護を行うというもので、酸点が金属と反応する機会が無い点や、脱保護により細孔を広げることができる点など様々なメリットがある。我々は２，５－ジヒドロキシテレフタル酸の水酸基をアセチル基で保護し、配位高分子を形成した後に脱保護するという簡便な手法により、配位高分子にフェノール性水酸基を導入することに成功した。また脱保護反応により開口径の大きな細孔を有する配位高分子を構築できることを見出し、保護基の立体障害を利用した細孔径の制御という、新しい細孔サイズの制御のコンセプトも示した。さらに最近ではホスホ基1などの官能基の導入に成功している。
(2)固体酸配位高分子を用いたプロトン伝導性材料の構築と機能評価 低次元に配列した配位高分子やグラフェンのプロトン伝導性についても報告した。7,8テトラキスカルボキシフェニルポルフィリンと銅からなる二次元配位高分子を水熱合成により作成し、得られた直径約100 nm、厚さ10数nmのディスクを基板上に並べてイオン伝導性の評価を行ったところ、加湿下で3.9 × 10–3 S cm–1という高いプロトン伝導性を示すことがわかった。薄膜化することで高いイオン伝導性が発現する可能性が示唆された。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Coordination Lamellar Nanofiber Consisting of N-(2-Hydroxy-n-dodecyl)-L-alanine and Divalent Copper (2014)
  • Author(s): S. Sen, T. Yamada, H. Kitagawa,P. K. Bharadwaj
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: accepted
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis, Water Adsorption and Proton Conductivity of Solid-Solution Type Metal–Organic Frameworks Al(OH)(bdc–OH)x(bdc–NH2)1–x (2014)
  • Author(s): Teppei Yamada, Yuki Shirai, Hiroshi Kitagawa
  • Journal Title: Chemistry - An Asian Jornal Volume: accepted
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Designer coordination polymers: dimensional crossover architectures and proton conduction (2013)
  • Author(s): Yamada Teppei; Otsubo Kazuya; Makiura Rie; Kitagawa Hiroshi
  • Journal Title: Chemical Society Reviews Volume: 42 Issue: 16 Pages: 6655-6669
  • DOI: 10.1039/c3cs60028a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Proton Conductive Metal-Organic Frameworks (2013)
  • Author(s): Yamada Teppei
  • Journal Title: Bulletin of Japan Society of Coordination Chemistry Volume: 61 Issue: 0 Pages: 46-54
  • DOI: 10.4019/bjscc.61.46
  • NAID: 130004543355
  • ISSN: 1882-6954, 1883-1737
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Superprotonic Conductivity in a Highly Oriented Crystalline Metal-Organic Framework Nanofilm (2013)
  • Author(s): G. Xu, K. Otsubo, T. Yamada, S. Sakaida, H. Kitagawa
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 135 Issue: 20 Pages: 7438-7441
  • DOI: 10.1021/ja402727d
  • URL: http://dx.doi.org/10.1021/ja402727d
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Key Mechanism of Ethanol Electrooxidation Reaction in a Noble-Metal-Free Metal-Organic Framework (2013)
  • Author(s): Ishimoto Takayoshi、Ogura Teppei、Koyama Michihisa、Yang Lifen、Kinoshita Shozo、Yamada Teppei、Tokunaga Makoto、Kitagawa Hiroshi
  • Journal Title: J. Phys. Chem. C Volume: Vo l. 11 7、No. 20 Issue: 20 Pages: 10607-10614
  • DOI: 10.1021/jp4031046
  • URL: http://dx.doi.org/10.1021/jp4031046
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Proton-Conductive Magnetic Metal-Organic Frameworks, {NR3(CH2COOH)}[MaIIMbIII(ox)3]: Effect of Carboxyl Residue upon Proton Conduction (2013)
  • Author(s): Okawa Hisashi、Sadakiyo Masaaki、Yamad a Teppei、Maesato Mitsuhiko、Ohba Masaaki、Kitagawa Hiroshi
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: Vo l. 1 3 5、No. 6 Issue: 6 Pages: 2256-2262
  • DOI: 10.1021/ja309968u
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Preparation of Sub-10 nm AgI Nanoparticles and a Study on their Phase Transition Temperature (2013)
  • Author(s): Yamasaki Shuhei、Yamada Teppei、Kobayashi Hirokazu、Kitagawa Hiroshi
  • Journal Title: Chem.-Asian J. Volume: Vo l. 8、No. 1 Issue: 1 Pages: 73-75
  • DOI: 10.1002/asia.201200790
  • URL: http://dx.doi.org/10.1002/asia.201200790
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High Proton Conductivity by a Metal-Organic Framework Incorporating Zn80 Clusters with Aligned Imidazolium Groups Decorating the Channels (2012)
  • Author(s): S. Sen, N. Nair, T. Yamada, H. Kitagawa, F. Bharadwaj
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 134 Issue: 47 Pages: 19432-19437
  • DOI: 10.1021/ja3076378
  • URL: http://dx.doi.org/10.1021/ja3076378
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Facile Modular Assembly for Fast Construction of Highly Oriented Crystalline MOF Nanofilm (2012)
  • Author(s): G.Xu, T. Yamada, K. Otsubo, S. Sakaida, H. Kitagawa
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 134 Issue: 40 Pages: 16524-16527
  • DOI: 10.1021/ja307953m
  • URL: http://dx.doi.org/10.1021/ja307953m
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Selective Separation of Water, Methanol and Ethanol by a Porous Coordination Polymer Built with a Flexible Tetrahedral Ligand (2012)
  • Author(s): A. Shigematsu, T. Yamada, H. Kitagawa
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 134 Issue: 32 Pages: 13145-13147
  • DOI: 10.1021/ja306401j
  • URL: http://dx.doi.org/10.1021/ja306401j
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 酸性配位高分子を用いたプロトン伝導体の創成 (2013)
  • Author(s): 山田 鉄兵
  • Organizer: 日本化学会第93春季年会(2013)
  • Place of Presentation: 立命館大学 びわこ・くさつキャンパス
  • Invited
• [Presentation] 第１回東北大学「卓越大学院」研究会 (2013)
  • Author(s): 山田 鉄兵
  • Organizer: 配位高分子(Cu(mtpm)のレドックス挙動とイオンの選択吸着挙動)
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Invited
• [Presentation] 配位高分子の酸点を利用したプロトン伝導性と分子認識 (2012)
  • Author(s): 山田 鉄兵
  • Organizer: 第14回規則性多孔体セミナー
  • Place of Presentation: 鳥取大学
  • Invited
• [Presentation] 配位高分子を用いた プロトン伝導体の創成 (2012)
  • Author(s): 山田 鉄兵
  • Organizer: 錯体化学会第62回討論会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Invited
• [Presentation] 配位高分子 [Cu(mtpm)]X2 の 電気化学特性とイオン取り込み挙動 (2012)
  • Author(s): 山田 鉄兵
  • Organizer: 第6回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 東京大学
• [Remarks] 山田 鉄兵のページ
  • URL: https://sites.google.com/site/teppeiyamada0901/home