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2017 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

Research Project

Project/Area Number 16H05968
Research InstitutionOsaka Prefecture University

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)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2021-03-31
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
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)ナノシートの安定性(耐熱性、耐水性)の評価:分離膜としての応用を検討する上で、ナノシートの安定性評価が不可欠である。気液界面にて得られたナノシートを固体基板に転写し、加熱、浸水、高湿度蒸気(水蒸気、有機溶媒)雰囲気における構造評価を行った。試料を加熱した状態で薄膜XRD測定を行うための試料ステージを設計・作製した。また、気相を大気から有機溶媒蒸気に変更することで、ナノシートのサイズが拡大することがわかった。
2)ナノシートの細孔径及びガス選択性の評価:分離膜として検討する上で必須となる細孔径及びガス選択能の評価を行った。研究代表者が所有するガス吸着測定装置にて、環境、化学工業の分野で重要なN2,O2,CO2,H2,CH4に対する吸着特性の違いを調べた。その結果、比較対象とするマクロスケールの結晶はナノ細孔が存在しないのに対し、ナノシートは、ガス分離に有用なナノ細孔を有することが明らかになった。

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、主にナノシートの基礎特性を把握するための上述の2つの項目に関して進めることができた。同じ有機分子を用いた材料でも、マクロスケールの結晶と、気液界面で作製したナノシートでは、結晶構造が大きく異なることが明らかになった。これは、本研究の主テーマである気液界面を用いた作製法が有用且つ重要であることの裏づけとなる結果である。

Strategy for Future Research Activity

今後は、ナノシートの応用特性評価に向けた試料準備に向け、以下の2つの項目を進めていく。
1) 保持基材上へのナノシートの転写
2) 機械的強度の評価

  • Research Products

    (22 results)

All 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 5 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] 欧州シンクロトロン放射光研究所(フランス)

    • Country Name
      FRANCE
    • Counterpart Institution
      欧州シンクロトロン放射光研究所
  • [Int'l Joint Research] Durham大学(英国)

    • Country Name
      UNITED KINGDOM
    • Counterpart Institution
      Durham大学
  • [Journal Article] 液相界面ボトムアップ法による分離膜向け分子ナノシートの創製と構造解析2018

    • Author(s)
      Ohata Takashi、Hirosawa Ichiro、Watanabe Takeshi、Makiura Rie
    • Journal Title

      SPring-8/SACLA 利用研究成果集

      Volume: 6 Pages: 137~140

    • DOI

      10.18957/rr.6.1.137

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Air/Liquid Interfacial Nanoassembly of Molecular Building Blocks into Preferentially Oriented Porous Organic Nanosheet Crystals via Hydrogen Bonding2017

    • Author(s)
      Makiura Rie、Tsuchiyama Kohei、Pohl Ehmke、Prassides Kosmas、Sakata Osami、Tajiri Hiroo、Konovalov Oleg
    • Journal Title

      ACS Nano

      Volume: 11 Pages: 10875~10882

    • DOI

      DOI: 10.1021/acsnano.7b04447

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 高配向性 metal-organic frameworkナノシート結晶の形態と電気的特性の相関調査2018

    • Author(s)
      大畑 孝司*、牧田 龍幸、竹谷 純一、牧浦 理恵
    • Organizer
      日本化学会第98春季年会
  • [Presentation] 高配向性 metal-organic frameworkナノシート結晶の形態と電気的特性の相関調査2018

    • Author(s)
      大畑 孝司*、牧浦 理恵
    • Organizer
      第9回関西無機機能性材料研究会
  • [Presentation] 温度による細孔サイズの制御可能なナノシートの製膜2018

    • Author(s)
      渕上 晃輝*、牧浦 理恵
    • Organizer
      第9回関西無機機能性材料研究会
  • [Presentation] 第11回NanoSquareワークショップ2017

    • Author(s)
      Takashi Ohata*、 Rie Makiura
    • Organizer
      第11回NanoSquareワークショップ
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Synthesis of acetylene-conjugated porphyrin for construction of metal-organic framework2017

    • Author(s)
      Zhang Lihao*, Akihiro Nomoto, Yuta Sakai, Rie Makiura, Akiya Ogawa
    • Organizer
      Joint Symposium of Asia Five Universities
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Liquid-phase interfacial nanoassembly of molecular building units into porous nanosheet crystals2017

    • Author(s)
      Rie Makiura
    • Organizer
      Joint Symposium of Asia Five Universities
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Air/liquid Interfacial nanoassembly of molecular building units into porous nanosheet crystals2017

    • Author(s)
      Rie Makiura
    • Organizer
      11th Japan-China Joint Symposium on Metal Cluster Compounds (11th JCSMCC) 第11回日中クラスター会議
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Electronic state tuning of molecular-based porous frameworks by introducing guest molecules into pores2017

    • Author(s)
      牧浦 理恵
    • Organizer
      錯体化学会第67回討論会
  • [Presentation] 高配向性ニッケル錯体ナノシート結晶の気液界面合成2017

    • Author(s)
      大畑 孝司*、牧浦 理恵
    • Organizer
      錯体化学会第67回討論会
  • [Presentation] 気液界面に形成された多孔性分子ナノシートの構造とモルフォロジ制御2017

    • Author(s)
      牧浦 理恵
    • Organizer
      第68回コロイドおよび界面化学討論会
  • [Presentation] Synthesis of highly orientated metal-organic framework nanosheet crystals composed of triphenylene derivative at air/liquid interfaces2017

    • Author(s)
      Takashi Ohata*、 Rie Makiura
    • Organizer
      The 6th Asian Conference on Coordination Chemistry (ACCC6)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] LIQUID-PHASE INTERFACIAL NANOASSEMBLY OF METAL-ORGANIC FRAMEWORKS INTO HIGHLY-CRYSTALLINE NANOSHEETS2017

    • Author(s)
      Rie Makiura
    • Organizer
      The 6th Asian Conference on Coordination Chemistry (ACCC6)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] トリフェニレン誘導体を用いたハニカム型 metal-organic frameworkナノシート結晶作製及びシート形態制御2017

    • Author(s)
      大畑 孝司*、牧浦 理恵
    • Organizer
      第63回高分子研究発表会
  • [Presentation] 水素結合により連結した結晶性分子ナノシートの気液界面合成2017

    • Author(s)
      牧浦 理恵
    • Organizer
      第63回高分子研究発表会
  • [Presentation] 分子の積み木細工による2次元機能材料の創製2017

    • Author(s)
      牧浦理恵
    • Organizer
      第45回東北地区高分子若手研究会夏季ゼミナール
    • Invited
  • [Presentation] 分子の積み木細工による2次元機能材料の創製:液面の特異性を利用して作る多孔性ナノシート2017

    • Author(s)
      牧浦理恵
    • Organizer
      セミナー化学千一夜 有機合成化学協会 関西支部
    • Invited
  • [Book] Molecular Technology: Life Innovation2018

    • Author(s)
      Rie Makiura (edited by Hisashi Yamamoto, Takashi Kato)
    • Total Pages
      384
    • Publisher
      Wiley
    • ISBN
      978-3-527-34162-7
  • [Remarks] 研究代表者の研究室のwebページ

    • URL

      http://mtr1.osakafu-u.ac.jp/hybrid-nanomater/

URL: 

Published: 2018-12-17   Modified: 2022-06-14  

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