2018 Fiscal Year Annual Research Report
Improvement of the MOF-based terahertz chemical analyzer
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16K05806
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| Research Institution | Akita University |
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Principal Investigator |
丹野 剛紀 秋田大学, 地方創生センター, 准教授 (70390721)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山田 学 秋田大学, 理工学研究科, 講師 (90588477)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | テラヘルツ分光 / MOF / センサー / 分子認識 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度はまず，従来と異なる新たなテラヘルツ波検出器を導入し，さらに透過光の集光効率を向上させるためにウィンストンコーンを組み合わせ，加えて検出器からの信号を高S/N比で計測・記録する装置を再構築した．その結果，ノイズは数分の一に小さくなったものの，新検出器からの信号強度があまり高くなく，最終的にS/N比は十数％高くなった程度であった．
この測定系を用いてガス導入後のMOFの一種のZIF-8のテラヘルツ吸収の強さの過渡応答データを再収集し，解析したところ，各ガス分子のZIF-8への吸着とZIF-8からの離脱の特性を再現性良く記録することができた．プロパンとブタンの吸着は指数関数的に進行し，その時定数に差はほとんどなかった．脱離も指数関数的に進んだが，その時定数はブタンがプロパンの十倍近く長かった．脱離過程において，ガス分子は定着した細孔内壁との相互作用を断ち切りそこから離れるが，その反応速度は分子と細孔内壁との間の親和力の差が如実に反映する．このことが原因となり，脱離過程でのみ両者の時定数に大きな差が生じたと推定される．
ZIF-8をエタンに暴露すると，特異な過渡応答が認められた．相似の構造を有するZIF-7を対象とした先行研究の結果から，ZIF-8にはエタンが吸着しうる場所が複数存在すること；そして，そのうちの何れかは一度エタンを吸着すると不可逆的な構造変化が起こるものと類推される．
次に数種のガスを混合した混合ガスに暴露した際の時定数を計測し，解析を試みた．しかし，ガス流量調節弁の性能上，圧力（あるいは流量）の安定に要する時間がガス種や設定流量に依存し，MOFに到達する際の混合ガスの圧力や組成が一定とならず，過渡応答の精密な計測の妨げとなった．
また，チアカリックスアレーン等を合成し，テラヘルツ分光でそのガス吸着特性を観測してみたが，ZIF-8ほど明瞭な反応はなかった．
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