2016 Fiscal Year Research-status Report
多孔性分子結晶の面選択的接合を介した異方集積体ポーラス材料の創製
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16K14060
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
田代 省平 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (80420230)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 多孔性結晶 / ポーラス材料 / 面選択的接合 / ナノチャネル / 異方集積化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多孔性結晶を精緻に集積化して高機能な多孔性バルク材料を創製するには、結晶接合面での相互作用を合理的に設計して複数結晶を配向選択的に異方集積化する必要がある。我々はこれまでに、環状三核パラジウム錯体が自己集合することによって1-2nmサイズのナノチャネルを有する多孔性分子結晶Metal-macrocycle framework (MMF) が形成することを見出し、そのチャネル内に様々な分子を位置選択的に配列化できることを報告している。本課題では、多孔性結晶MMFの結晶間における面選択的な接合をデザインすることにより、ナノチャネルが異方的に配列化した機能性ポーラス材料を創製することによって、MMFチャネル機能の相乗的・協働的な作用に基づく高次機能を設計することを目指す。平成28年度は、MMF結晶表面に選択的に吸着する接合分子の探索を行った。例えば末端水酸基を有するデンドリマー分子を接合分子として用いた場合には、結晶同士の接着現象が観測されたが、再現性が乏しいという欠点があった。一方で、MMF結晶の対アニオンを変更することで二種のMMF結晶が作成できることを活用して、一方のMMF結晶を核として他方のMMF結晶をエピタキシャル成長させたところ、二種のMMF結晶がチャネル方向を揃えて成長することにより、異種アニオンからなるMMFコア-シェル結晶を形成できることを見出した。さらにMMFコア-シェル結晶では、異種アニオンからなるナノチャネルを介して色素分子が異方的に輸送されることを明らかにした。
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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
当初の研究計画としては、多孔性結晶MMFの結晶面間を選択的に接合する接合分子を開発し、それらを用いて多孔性結晶の異方集積化を行う予定であったが、こちらについては再現性が乏しいものの、水酸基を末端に有するデンドリマー分子が接合分子として機能する可能性を見出すことができた。一方で、異種ハロゲンからなる二種類のMMF結晶を用いて、これらのコア-シェル結晶を作成できるという知見を新たに見出したことから、当初の予定とは別のアプローチから本課題の推進が可能となった。例えば塩化物イオンを対アニオンに有するMMF(Cl)を結晶核として、その周囲に臭化物イオンを対アニオンに有するMMF(Br)を成長させることにより、コア-シェル結晶MMF(Cl@Br)を作成できる方法を確立した。これにより、異種アニオンから成る二種のナノチャネルがチャネル軸を揃えて異方的に配列化することが明らかとなった。さらに二種のチャネルを越えて色素分子を輸送できたことから、これらのチャネルは接合面を介して連結されていることが確かめられた。これらの結果から、本課題は当初の目的に沿っておおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本課題の今後の推進方策としては、異種アニオンからなるコア-シェル結晶MMF(Cl@Br)を活用することによって、異種ナノチャネルの異方的接合に基づく様々な機能化を図ることを目指す。例えば、異種チャネルにおける分子・イオン輸送速度の違いを活用することによる分子の閉じ込めや外部刺激に応じた内包分子放出の制御、また異種ナノチャネルの反応性の違いに基づく多段階分子反応場の開発などを目指す。さらに、複数のコア結晶を核としたコア-シェル結晶が作成できれば、シェル結晶の形成によって複数コア結晶のチャネル配向を揃えることも可能となり、複数コア結晶間での長距離間物質輸送などへの展開も期待できる。また、単層のシェルではなく複数層のシェルからなる多層コア-シェル結晶を構築することにより、異種アニオンチャネルが交互に配列化した機能性ポーラス材料への展開も目指す。
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| Causes of Carryover |
当初の研究計画では、多孔性結晶MMFの結晶面を選択的に接合する接合分子を用いて、本課題を推進する予定であった。しかしながら、実験の過程でコア-シェル結晶作成に基づく異種アニオン結晶の異方集積化法を見出し、この手法が当初の計画よりも優れた手法である可能性を秘めていたため、実験計画や研究発表予定に変更が生じたことから、次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度は、研究計画の変更によって当該年度に実行できなかった実験や、研究発表、論文発表を行うことにより、物品費や旅費、人件費、その他の費用を活用していく予定である。
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