2020 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of Metal-Organic Frameworks with Periodic Low-Dimensional Semiconductor Structures
| Project/Area Number |
20H02577
|
|---|
| Research Institution | Kwansei Gakuin University |
|---|
Principal Investigator |
田中 大輔 関西学院大学, 理学部, 教授 (60589399)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
猪口 明博 関西学院大学, 工学部, 教授 (70452456)
桐谷 乃輔 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80568030)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
|
| Keywords | 金属-有機構造体 / 半導体 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では多連反応システムを活用し、効率的に条件探索空間内の実験を行った。その後、数百程度の実験結果をクラスタリングなどの教師なし学習の手法を活用してデータ化し、決定木などの解釈性が高い機械学習の手法により解析した。得られた結果から、合成において支配的となる因子を抽出し、次の合成条件を決定した。さらに、研究代表者がこれまでに確立した、マイクロ流路を用いた合成技術を活用し、応系中の生成物の分析を併せて進めた。
さらに、新規MOFの各種物性発現を支配している因子を以下の１～３のスキームに従い特定することを試みた。
１．結晶構造と組成の決定を試みた。結晶構造は主に単結晶X線構造解析により行った。また、組成と純度の評価としてSEM-EDX、CHN元素分析装置を用いた分析を行い、10種類以上の新規配位高分子の構造決定に成功した。
２．電子状態の精密評価：ＭＯＦの電子構造を実験的に決定するために、固体拡散反射紫外可視近赤外吸収スペクトルからバンドキャップを、光電子収量分光（PYS）から価電子帯のエネルギー準位を評価した。また、単結晶X線構造解析より決定した結晶構造を初期構造として第一原理計算によりバンド構造を評価し、各元素がMOFの電子構造にどのように影響するかを計算科学的に明らかにした。これらの評価を、得られたすべてのMOFについて行った。
３．キャリア輸送特性及び光物性の評価：粉末結晶のキャリア輸送特性の評価として、時間分解マイクロ波分光（TRMC）測定、発光スペクトル測定を行った。さらに、マイクロメートルギャップ電極間にMOF単結晶を作製し、デバイスの光応答性評価を行った。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
機械学習の手法を活用して、多くの難結晶性含硫黄半導体配位高分子の合成と構造決定に成功した。一般に、含硫黄MOFの結晶化は困難であり、先行研究が極めて限られている。そのような中、効率的な合成条件探索が可能となる機械学習を基盤とした本手法を活用することで、非常に効率的に新規含硫黄半導体配位高分子の合成条件を最適化することが可能となった。
|
| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究から、得られた新規化合物の電子構造と結晶構造を実験及び計算から明らかにすることに成功している。今後は、これらの化合物の構造と基礎物性を活用し、光触媒や太陽電池材料などの、機能の発現を目指して研究を進めていく。
|
Research Products
(5 results)
