2019 Fiscal Year Research-status Report
核形成・核成長反応制御に基づく金属イオンドープ高分子上でのMOF連続膜形成
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18K05281
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| Research Institution | Konan University |
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Principal Investigator |
鶴岡 孝章 甲南大学, フロンティアサイエンス学部, 准教授 (20550239)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 金属有機構造体 / 配位高分子 / 薄膜 / 自己組織化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、金属イオンをドープした高分子フィルムを金属有機構造体（Metal-Organic Frameworks: MOFs）結晶膜を作製する前駆体かつ支持基板として利用し、MOFsの核形成ならびに核成長の速度を制御することによりMOF連続膜を形成する手法の開発を目的としている。
令和元年度では、主に3つの課題、１）カルボン酸系リガンドを用いたMOFsの結晶核形成・核成長速度の制御、２）アミン系リガンドを用いたMOFsの結晶核形成・核成長速度の制御、３）金-チオラート配位高分子の形成について検討した。
１）の課題について核形成と核成長速度によってフィルム上に形成するMOF結晶のサイズや密度が大きく変化することがわかった（Langmuir 2019, 35, 10390-10396)。
２）の課題についてはカルボン酸系リガンドとは異なりアミン系リガンド添加のみではフィルムにドープした金属イオンの溶出を誘起できないため、新たに添加としてNaイオンを加え、その量を変化させることで核形成・核成長速度を制御することに成功した。またそれらを調節することにより、得られるMOF膜の形態（結晶サイズやフィルムの連続性）を制御可能であることが分かった（CrystEngComm 2019, 21, 4851-4854）。
３）の課題についてはこれまで検討してきたMOFとは異なり細孔がないAu-チオラート配位高分子の形成について検討することにより、本手法の汎用性について評価した。その結果、Au-チオラート配位高分子の形成に成功し、形成過程においてアモルファスから結晶への相転移が生じていることを明らかにした（Cryst. Growth Des. 2020, 20, 1961-1968)。
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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
本課題は、MOF結晶の核形成と核成長速度を任意に制御し、MOF連続膜を形成する手法を開発することを目的としている。現在のところ、核形成と核成長速度を有機リガンド濃度や添加剤濃度によって制御することに成功しており、それらの速度が得られるMOF膜の形態に大きく影響することを明らかにしている。また適切な条件下にて反応を行うことによりMOF連続膜の形成にも成功した。
さらに当初の計画には加えていなかったが、細孔を有していない配位高分子についても検討を行うことで汎用性を評価した。その結果、金とチオールといった非常に配位速度が速い系においては反応初期段階にてアモルファスが形成し、その後結晶へと相転移するという新たな過程を観測することにも成功している。
以上より、当初の計画通り順調に進展していること、新たな知見を得ることにも成功していることから、「おおむね順調に進展している」とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度の課題としてプロセスの汎用化を挙げている。既に手法は様々なMOFに適用可能であることを明らかにしてきている。MOF膜の機能制御を考慮した場合、構造変化をする柔軟なMOFについて検討することは非常に有用な課題である。そのため柔軟MOFに対して本手法を適用することで、柔軟なMOF膜の形成および得られたMOF膜の機能評価を遂行していく予定である。
また、Au-チオール配位高分子の作製に成功したことから、他のチオール配位子を用いた配位高分子についても、形成過程を詳細に検討することで提案手法の汎用性を評価する予定である。
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| Causes of Carryover |
COVID-19の影響により日本化学会の現地開催が中止となったため、一部計上していた執行が未執行となった。これらの助成金については、次年度においては細孔のない配位高分子も新たにターゲットとして課題遂行を行うため、そちらの試薬費として使用する予定である。
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[Journal Article] Coordination-Driven Self-Assembly on Polymer Surface for Efficient Synthesis of [Au(SPh)]n Coordination Polymer-Based Films2020
Author(s)
Takaaki Tsuruoka, Takashi Ohhashi, Jumpei Watanabe, Rikuto Yamada, Shoya Hirao, Yohei Takashima, Aude Demessence, Shefali Vaidya, Oleksandra Veselska, Alexandra Fateeva, K. Akamatsu
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Journal Title
Cryst. Growth Des.
Volume: 20
Pages: 1961-1968
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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