2017 Fiscal Year Annual Research Report
Understanding of flexible porous crystals for selective gas storage, separation, and recovery
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16H04183
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
近藤 篤 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60533619)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 秀樹 京都大学, 工学研究科, 准教授 (80376368)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 吸着分離 / 配位高分子 / 柔軟性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、持続可能な社会の実現に向けて選択的ガス吸着分離技術を向上させることを目的としている。その目的実現のために、細孔性材料の配位高分子において材料の動きに着目している。配位高分子とは、金属イオンまたは金属イオンクラスターと有機配位子等からなる結晶性の無機－有機ハイブリッド材料であり、炭素材料やゼオライトに続く細孔性材料として近年注目を集めている材料群である。初年度には配位子自体に柔軟性部位を導入する方法、骨格の集積状態を制御する方法、さらにゲスト分子に自由度を与える方法等を検討して、柔軟性配位高分子の合成に成功している。そして、それらの配位高分子のゲストの有無や種類による構造柔軟性をX線結晶構造解析により詳細に検討することができた。その結果を受け、次年度には得られた柔軟性配位高分子の吸着特性を様々な種類の小分子を用いて評価した。その結果、分子を取り込みながら吸着が進行すること、および吸着の進行が分子の種類に依存することを明らかにした。興味深いことに、サイズや形状が類似した小分子であっても、それらの吸着等温線の形状が大きく異なる場合があった。さらに、吸着の温度依存性を特定のガスにおいて評価し、温度が高いほど高圧側に吸着圧力がシフトすることが明らかとなった。また、X線結晶構造解析ではほとんど構造変化しない配位高分子において、一般的には見られない特異な吸着挙動が見られた。そこで、結晶内のゲスト分子の変化によることを予想し、X線吸収微細構造解析により評価し、その効果を明らかにした。
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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
当初の計画通り構造柔軟性をもつ配位高分子の合成に成功し、その吸着特性を評価することができた。そして、それらの構造柔軟性が分子吸着挙動に影響を与えることを示すことができた。これにより、物質の選択的貯蔵分離を検討する材料とその基本物性を得ることができ、体系化に向けた基盤が得られたと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は以下の項目を検討し、研究概要欄で示した研究目的を達成する。
１．室温付近での高圧吸着挙動を理解するために、高圧下での吸着を行う必要がある。そこで、昨年度導入した自動高圧吸着装置を利用して、室温付近のCO2およびH2吸着等温線を測定する。
２．混合ガス・溶液を評価するシステムを構築するための部品類を既に購入しているため、混合ガス評価システムの作製および、得られた材料を用いた吸着分離特性を評価する。
３．得られた知見を総合して柔軟な配位高分子の吸着分離技術を体系化する。特に、1次元基本骨格を有する材料において同様の基本骨格をもつ材料群が得られており、それらの材料を中心に体系化を目指す。
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