2017 Fiscal Year Annual Research Report
Synergetic Structural Transition Phenomena in Metal-Organic Framework with Hybrid Crystal Structures
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17H03443
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
渡邉 哲 京都大学, 工学研究科, 講師 (80402957)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮原 稔 京都大学, 工学研究科, 教授 (60200200)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | マイクロリアクタ / コアシェル微粒子 / MOFs / ゲート吸着 / 複合化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，多孔性の配位錯体微粒子が示す構造転移に起因する特異な吸着挙動を制御し，所望の条件での構造 転移を示す材料設計指針の確立を目的とする。錯体微粒子の化学組成を試行錯誤的に変化させる従来の試みとは全く異なり，本研究のアプローチでは，粒子径・形状の制御および結晶複合化による相乗的な構造転移制御，そして，それによる吸着特性制御を目指す。
本年度は，構造の変化しないRigid MOFをコア部に，構造柔軟性を有するSoft MOFをシェル部に有するコアシェル型Soft MOF粒子合成に向けて，まず，Rigid MOF微粒子の合成を試み，その上で吸着／脱着特性を評価した。まずは，コア部，シェル部ともに，銅イオンにビピリジンが配位することで形成される２次元レイヤーが積層した構造を有する錯体を対象に検討を行った。シート間を接続する柱としての役割を担う分子が異なるように設定することで，コアとシェルで同様の結晶構造とし，結晶複合化の実現を目指した。
A. Rigid MOF粒子の合成
銅イオンと配位子の溶液を，それぞれシリンジポンプを用いてマイクロリアクタに送液し，混合することで， 配位反応を進行させ，錯体結晶を得た。得られた粒子を走査型電子顕微鏡で観察したところ，粒子サイズは数十マイクロメートル，直方体形状であった。粉末X線回折装置で結晶構造を解析すると，Reference patternと一致したことから，Rigid MOFの生成を確認した。また，同様の手順で，シェル部に用いるSoft MOF粒子を単体で合成した。電子顕微鏡観察から，数マイクロメートルの直方体形状の粒子生成を確認した。
B. 吸着等温線測定
Aで合成したMOFの吸着等温線を測定した。Rigid MOFは吸着量が少なかったため，前処理条件の検討が必要と考えられる。Soft MOFは，粒子サイズに依存した等温線を示した。
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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
当初の研究実施計画に沿って検討を行い，ほぼその目的を達することができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度に合成したRigid MOFとSoft MOFの複合化検討を進める。構造の評価は，TEMとEDXマッピングにより行う。得られた複合型MOFの吸着特性評価を，吸着等温線を測定することにより行う。その際は，コア部分，シェル部分のMOFをそれぞれ単独で測定した等温線と比較することで，複合化の影響を評価する。コアシェル複合化により生じる相乗効果を明らかにすることを主眼におく。さらに，複合型粒子のコア部とシェル部の界面がどのように形成されているかを，高感度のTEM測定から，解明することを試みる。
さらに，以上の結果を踏まえて検討をSoft MOF-Soft MOFの組み合わせへと発展させる。Rigid-Softの系とは異なり，コア部でも構造変化が生じるが，その挙動が複合化によりどのような影響を受けるかを明らかにする。
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