2020 Fiscal Year Research-status Report
Pore Structure Design of Metal Phosphonate MOFs by Isoreticular Synthesis
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19K05645
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
前田 和之 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60343159)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | MOF / 金属ホスホネート / 粉末X線結晶構造解析 / 多孔性材料 / 多孔体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
テルフェニル骨格を有しメチレン基を介してホスホン酸基と結合した芳香族テトラホスホン酸TPTMPを用い、前年度に引き続き水熱合成やソルボサーマル合成によるMOF合成を試みた。特に、TPTMPと塩化アルミニウム６水和物より水熱合成により得られた生成物AlTPTMPは、200 °Cの脱気後も結晶構造を保持し、窒素吸着よりミクロ多孔性であることが確認された。この原料組成にさらにフッ化アンモニウムも加えて水熱合成により得られた生成物AlTPTMP-Fβも、AlTPTMPとよく似た粉末X線回折パターンを示した。AlTPTMP-Fβは生成物中にフッ素をほとんど含まず、組成やMAS-NMR等からも同型構造であることが推定された。結晶性の高い試料が得られており、実空間法及びRietveld法による粉末X線結晶構造解析に成功した。６配位のアルミニウム核がホスホネート架橋により形成した１次元鎖の間をTPTMP配位子が架橋し、その芳香族部位がスタックして細孔壁を形成した1次元チャンネルを有することが明らかになった。この結晶構造から予想される細孔容量はAlTPTMPの窒素吸着容量と概ね一致した。その骨格構造は、ビフェニル骨格を有するBPTMPを用いて得られたAlBPTMPと同型であり、isoreticularな関係にあることが確認された。また、大過剰のn-ブチルアミンを添加して水熱合成により得られた生成物ZnTPTMP-2は、組成中にブチルアミンを含み、真空下200 °Cの加熱脱気によりブチルアミンを除去しても結晶構造を保持することがわかった。窒素吸着よりZnTPTMP-2もミクロ多孔性であることが確認された。
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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
新型コロナウイルス感染拡大と２回の緊急事態宣言等により、学生の登校が制限され実験を伴う研究に大きな影響があったものの、試料の結晶構造解析において大きな進展があり、アルミニウムMOFでisoreticularな系が見いだされたことから、概ね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの合成条件の検討における知見から、原料のホスホン酸エステルを完全に加水分解させずに一部をエチルエステルとして残すことにより、ソルボサーマル合成時の配位子の溶解性が向上し、結晶性MOFが得られやすくなることが期待されるので、今後詳細に条件検討を行う。また、有機アミンを添加して合成することで、結晶性は低いものの安定性が高いミクロ多孔性MOFであるZnTPTMP-2が得られたので、結晶性の向上を目指し詳細な条件検討や構造解析を行うとともに他の金属源への展開も含め検討する。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染拡大及びそれに伴う２回の緊急事態宣言を受けて、研究室への学生の立ち入りが制限されたため、実験を必要とする研究に大きな影響があり、特に試薬や実験器具等の購入がほとんど不要になった。また、参加を予定していた国際学会が全て2021年度に延期となり、国内学会は全てオンライン開催となったため、2020年度の旅費や参加登録料の支出もなくなった。
発生した次年度使用額については、2021年度に延期された国際会議の旅費や参加登録料等はそのまま使用する予定である。また、2021年度については今のところ研究室での学生の実験に制約はないとみられ、研究を加速するために試薬や実験器具等の実験経費として使用するほか、ガス吸着装置のターボ分子ポンプが最近故障したので、その修理費として支出する予定である。
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