2022 Fiscal Year Annual Research Report
Gas recognition and observation of the structural change in adsorption process in porous coordination polymers
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20H02575
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| Research Institution | Osaka Metropolitan University |
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Principal Investigator |
久保田 佳基 大阪公立大学, 大学院理学研究科, 教授 (50254371)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松田 亮太郎 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (00402959)
河口 彰吾 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 回折・散乱推進室, 主幹研究員 (10749972)
石橋 広記 大阪公立大学, 大学院理学研究科, 准教授 (70285310)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ガス吸着 / 多孔性配位高分子 / 放射光粉末回折法 / 結晶PDF解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多孔性配位高分子（PCP）のガス吸着過程における構造変化に着目してピラードレイヤー型PCPを対象として研究を行った。CPL-1は2000年代より酸素を始め様々なガスの吸着構造が解明されてきたが，CO2吸着構造だけは未解明のままであった。これまでの粉末回折のガス吸着その場測定において，CO2は他のガスに比べて飽和吸着状態に至るまでに要する時間が非常に長いことがわかってきた。CO2吸着相の回折ピークの位置や強度は，ガス導入後すぐに変化し始めるが，ほとんど飽和吸着量に達してからも少しずつ変化が続くことが分かった。そこで，ガス導入後十分に時間が経過し，完全に飽和吸着に達した状態でデータを取得することによりCO2吸着構造の決定に成功した。この結果から，以前に構造解析が成功しなかったのは，飽和吸着に達していない状態のデータであったためと想像される。
CO2吸着が極端に長い時間を要することから，吸着過程の観測が重要であるとの認識を持ち，サブ秒オーダーの時間分解放射光粉末回折のガス吸着その場測定を行った。得られた回折データからガス吸着相の積分強度の時間発展を求め，Avrami式を用いて解析したところ，CO2吸着の初期過程には2段階の過程があることが示唆された。また，格子定数の時間変化には異方性があることが確認され，ガス取り込みからその後のガス拡散における骨格構造の変化の様子が推察された。そして，2段階の初めの過程はガス取り込み時の骨格構造の変化に対応していると示唆された。
PCPのX線全散乱データについては，今年度後半よりアンジュレータ光源を用いた測定が可能となったが、まだ結晶PDF解析には至っていない。軽元素を多く含むPCPの全散乱データでは特にガラスキャピラリのバックグラウンドの差し引きが肝心であると考えられ，現在もX線全散乱データの測定条件の検討を続けている。
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| Research Progress Status |
令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。
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