2023 Fiscal Year Annual Research Report
Fundamental science and application of oriented metal-organic framework thin films
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20H00401
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| Research Institution | Osaka Metropolitan University |
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Principal Investigator |
高橋 雅英 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (20288559)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 一正 名古屋大学, 工学研究科, 講師 (20805618)
岡田 健司 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (30750301)
深津 亜里紗 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 助教 (90906950)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 金属有機構造体 / 配向薄膜 / エピタキシャル / 電気伝導 / 熱伝導 / フィルター / 応答性材料 / 光学的薄膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、金属水酸化物を基板として用いた金属有機構造体（MOF）のエピタキシャル薄膜について、基板とMOFの組み合わせの多様性を検証し、種々の金属を構成成分とするMOF配向膜の作成の基礎学理を確立した。特に多様な金属水酸化物からの配向成長手法を確立し、手法の汎用性を実証した点を評価している。本研究によって、大面積で配向した多結晶体として、結晶構造に依存した異方的な物性をマクロな薄膜や独立膜として測定可能となった。このような試料を用いて最終年度では、以下の結果を得た。 （1）カルボン酸系分子をモジュレーターとして共存させることで、結晶核生成の速度論や成長方位を精密に制御できることを見いだした。特に、Cu(bdc)dabco系MOF薄膜においては、光学品質の表面平坦性および面内緻密性を実現できた。得られた配向MOF薄膜は結晶方位が面内でそろっており、エピタキシャル薄膜の特徴を強く示した。MOF薄膜は結晶成長速度が高く、特に光学的な応用に必要な透明膜の作製が困難とされてきた。また、機械強度が低いために、研磨等の後処理による表面平滑化は不可能であった。本研究成果によって、粒界の緻密性の制御も可能となり、結果として光学応用可能な配向MOF薄膜を実現し、偏光との相関によるユニークな応用の可能性を示した。（2）金属水酸化物を前駆体とした新たなMOF合成経路を確立した。温和な環境による大量合成の端緒を付けた。特に、Cu-MOF-74の薄膜合成に成功し、揮発性有機化合物（VOC）の選択的吸着センサーを実現した。Cuサイトにおけるオープンサイトに特定のVOCが’吸着した際の色変化を定量的に解析し、VOC検出センサーを実現した。当該センサーの検出器としてスマホを活用したAPPも同時に作成し、MOF薄膜とスマートホンによる簡易なVOC検出システムを提案した。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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