2022 Fiscal Year Annual Research Report
Hetero-interfacial synthesis of porous molecular nanosheets towards separation membrane
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20H02551
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| Research Institution | Osaka Metropolitan University |
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Principal Investigator |
牧浦 理恵 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (30457436)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
幸塚 広光 関西大学, 化学生命工学部, 教授 (80178219)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ナノシート / ナノ材料 / 表面・界面 / 多孔性材料 / metal-organic framework / MOF / 金属錯体 / 分離膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高選択性・高透過性を併せ持つ分離膜の開発は、物質の分離・精製操作が必須とされる環境、エネルギー、化学工業において強く望まれている。本研究においては、究極の分離性能実現のための理想的な膜、すなわち規則ナノ細孔を有する極薄ナノシートを開発する。そのために、液相界面における特異反応場を利用して結晶性ナノシートの作製に成功してきた申請者の実績にもとづき、気相と液相（気液）などの異種相における界面反応により、構造設計性に富む有機分子をボトムアップ式に二次元に連結させ、狙いのナノ細孔構造を有する分子ナノシートを創出する。
当該年度は、界面法における反応時間がナノシート形態に与える影響を調査した。気液界面におけるmetal-organic framework nanosheet (MOF-NS) 形成過程の詳細を明らかにするために、各反応時間において形成されたMOF-NSの結晶性、膜厚、シートサイズ、配向性を調べた。その結果、反応時間が1分程度の短時間においては、結晶相とアモルファス相が混在し、結晶が成長途中であることが分かった。約120 分にかけて、アモルファス相は結晶相に変換され、ナノシートのサイズと膜厚は増加することが明らかになった。約240 分の反応時間においては、気液界面のみならず、下層液中においても錯形成反応が進み、MOF結晶が気液界面へ浮上し、界面に形成されたMOF-NSに付着することを明らかにした。下層液で形成されたMOF結晶はMOF-NSの高い電気伝導性に寄与することを示した。
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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
分離膜に適したナノシート合成に向け、計画通りナノシート形成状態に影響を与える条件因子の抽出が進み、順調に研究が進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、気水界面、気ゲル界面の両方に関して、さらに系統的に溶液濃度、粘度、温度、pH、分子展開量、分子展開後の待ち時間などの条件因子を変化させ、これらがナノシートの形成状態、特に厚さ、面積、結晶化度に与える影響に関して詳細に調査する。
応用展開に向け、得られたナノシートに関して、有効な細孔径の把握及耐熱性、耐水性の評価を行った上で、ガス分離能を評価する。
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