2019 Fiscal Year Research-status Report
かご型構造を有する化合物の高選択的な反応を利用した有機-無機ハイブリッドの創製
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19K05636
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
郡司 天博 東京理科大学, 理工学部先端化学科, 教授 (20256663)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 有機-無機ハイブリッド / かご型シルセスキオキサン / チタンホスホネートクラスター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
かご型シルセスキオキサンの重合では，反応点の数や位置の制御が難しく，ランダムな重合が進むと考えられるので，テンプレートを共存したり，あらかじめ官能基を不活性化することにより重合反応を規制して，その精密重合が達成される。また，かご型シルセスキオキサンやチタンホスホネートクラスターの最高被占軌道や最低空軌道はかご型構造の内側に広がることが分子軌道計算により明らかになっており，かご型構造の骨格をなすケイ素やチタン，リンに適当な官能基を導入してかご型構造の内側の軌道と相互作用できれば，かご型構造を形成する特定の位置にある原子のみを活性化した反応が可能になると期待される。本研究は，かご型構造を有する化合物の特性や物性を明らかにし，その高分子化により多孔性材料としての特性を評価すること，また，かご型構造に置換した官能基によりかご型の骨格構造を形成する原子の特性を制御することを目的として行った。
まず，かご型シルセスキオキサンを剛直な骨格を有するジオールで架橋する反応では，ジメチルシロキシ基を有するかご型シルセスキオキサンとアルキンジオールの反応を検討し，脱水素を伴って重合が進行すること，また，重合体が生成することを見出した。
次に，チタンホスホネートクラスターをアルカンジオール類と反応することにより，アルコール交換反応を利用して重合体が生成することを見出した。
一方，チタンホスホネートクラスターの部分構造となるホスファチタノキサン結合を骨格とする官能基を側鎖とするポリシルセスキオキサンを合成し，その有機高分子基板へのコーティングにより自立膜を作成し，光触媒機能を有する機能性薄膜材料の調製に成功した。これは，有機基板の特性を生かしたて柔軟性を有し，紫外光や可視光を照射することにより有機色素の分解能を有すること，また，コーティング膜表面の親水性が制御できることが明らかになった。
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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
本研究を遂行するにあたり以下に示す①～⑥の事項を挙げている：①かご型シルセスキオキサンを剛直な骨格を有するジオールで架橋する反応の開発。②かご型シルセスキオキサンを剛直な骨格を有するジオールで架橋した有機-無機ハイブリッド材料の合成。③かご型シルセスキオキサンを剛直な骨格を有するジオールで架橋した有機-無機ハイブリッド材料の物性評価。④チタンホスホネートクラスターを剛直な骨格を有するジオールで架橋する反応の開発。⑤チタンホスホネートクラスターを剛直な骨格を有するジオールで架橋した有機-無機ハイブリッド材料の合成。⑥チタンホスホネートクラスターを剛直な骨格を有するジオールで架橋した有機-無機ハイブリッド材料の物性評価。これらはケイ素系材料に関する基礎（①）と応用（②，③），チタンホスホネート材料の基礎（④）と応用（⑤，⑥）と分類でき，初年度ではいずれも基礎的な技術分野となる①と④を中心に研究を推進して，成果を見ることができた。これは３ヶ年計画の研究として計画した当初の予定通りの進行度である。
また，チタンホスホネート材料から派生して，その部分構造を生かしたコーティング材料へ展開できる目途がたち，まずは二酸化チタンナノ粒子を担持した光触媒機能を有する柔軟な自立膜を調製し，実用に供せる耐久性を有する材料を提案することができた。
これらの理由により，おおむね順調に進展していると判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の目的は以下に示す①～⑥の事項を順次推進することにより達成される：①かご型シルセスキオキサンを剛直な骨格を有するジオールで架橋する反応の開発。②かご型シルセスキオキサンを剛直な骨格を有するジオールで架橋した有機-無機ハイブリッド材料の合成。③かご型シルセスキオキサンを剛直な骨格を有するジオールで架橋した有機-無機ハイブリッド材料の物性評価。④チタンホスホネートクラスターを剛直な骨格を有するジオールで架橋する反応の開発。⑤チタンホスホネートクラスターを剛直な骨格を有するジオールで架橋した有機-無機ハイブリッド材料の合成。⑥チタンホスホネートクラスターを剛直な骨格を有するジオールで架橋した有機-無機ハイブリッド材料の物性評価。
初年度は基礎的な分野にあたる①と④を中心に研究を推進したことから，それらの成果を受けて，順次，応用的な分野にあたる②，③および⑤，⑥へと力点を移動して研究を推進する。
まず，かご型シルセスキオキサンを架橋した高分子材料の合成を目指し，続いてその高分子材料を用いた多孔性材料の物性評価を目標とする。多孔性材料として，窒素などの吸脱着を利用して表面積や細孔径分布を測定する。
次に，チタンホスホネートクラスターを架橋した高分子材料の合成を目指し，その多孔性材料の物性評価を目標とする。多孔性材料として，窒素などの吸脱着を利用して表面積や細孔径分布を測定する。
また，チタンホスホネート材料から派生して展開できた，二酸化チタンナノ粒子を担持した光触媒機能を有する柔軟な自立膜についても，光触媒としての感度向上や稼働する波長域の拡大などを検討し，実用性を向上した新規材料の開発を進める。
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[Journal Article] Preparation, characterization, and desulfurization ability of bulk porous silica-supported ZnO2020
Author(s)
Ryohei Hayami, Masahiro Ohashi, Masahiro, Haruka Suzuki, Yohei Sato, Ibuki Saito, Satoru Tsukada, Kazuki Yamamoto, Kiyoshi Dowaki, and Takahiro Gunji
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Journal Title
Journal of Sol-Gel Science and Technology
Volume: 95
Pages: 482-491
DOI
Peer Reviewed
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