2016 Fiscal Year Annual Research Report
規則ナノ細孔を有する分子シートのボトムアップ創製：相界面合成法の開発と分離膜応用
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16H05968
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
牧浦 理恵 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30457436)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ナノシート / 気液界面 / 分離膜 / 配位高分子 / X線回折 / 多孔性材料 / 放射光 / ナノ材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高選択性・高透過性を併せ持つ分離膜の開発は、物質の分離・精製操作が必須とされる環境、エネルギー、化学工業において強く望まれている。本研究においては、究極の分離性能実現のための理想的な膜、すなわち規則ナノ細孔を有する極薄ナノシートを開発する。そのために、異種界面における特異反応場を利用して結晶性ナノシートの作製に成功してきた研究代表者の実績にもとづき、気相と液相の界面反応により、構造設計性に富む有機分子をボトムアップ式に二次元に連結させ、狙いのナノ細孔構造を有する分子ナノシートを創出する。このナノシートは、有機ポリマー分離膜にて効率と生産性のトレードオフから生じる性能の上限を大きく凌駕し得るものであ
る。
当該年度は、以下を実施した。
１）気液界面に適用可能な分子種の把握：バルク結晶の構造解析および構造モデリングをもとに、所望のナノシート構築に適した有機分子を設計し、気液界面での成膜状態を調べた。
２）その場測定によるナノシート形成過程の解明：気液界面におけるその場X線回折(XRD)測定を行うための器具の設計・作製を行った。ナノシートのモルフォロジの変化に関して、液面上では研究代表者が所有するBrewstar angle microscopy(BAM)、固体基板上では所属機関の共有装置である原子間力顕微鏡(AFM)を用いて観察した。
３）ナノシートの形成状態に影響を与える条件因子の抽出：溶液濃度、温度、pH、分子展開量、分子展開後の待ち時間、表面圧縮度合（表面圧）を系統的に変化させ、これらがナノシートの形成状態、特に厚さ、面積、結晶化度に与える影響を明らかにした。気相を大気から有機溶剤の蒸気雰囲気に変更するという工夫により、ナノシートの大きさが拡大することを確認した。
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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、主にナノシートの作製手法に関する基礎的知見を得るための上述の３つの項目に関して進めることができた。気液界面におけるその場X線回折(XRD)測定のためには、放射光実験施設の利用が必須だが、SPring-8への利用申請が全て採択され、順調に実験を進めることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、材料基礎特性評価に向け、以下の２つの項目を進めていく。
1) ナノシートの安定性（耐熱性、耐水性）の評価
2) ナノシート及び参照となるバルク結晶のガス選択性（吸着特性）の評価
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