2021 Fiscal Year Research-status Report
Preparation of hierarchical porous metal-organic frameworks by spray-synthetic process
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20K05209
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
久保 優 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 助教 (00633752)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | Metal-organic frameworks / マイクロ-メソ-マクロ細孔 / 自己集合 / HKUST-1 / Spray-drying / 階層型細孔構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では申請者が近年開発した噴霧液滴を反応場として利用した金属有機構造体（MOF）の噴霧合成プロセスを用いて、従来の手法では困難なマイクロ-メソ-マクロの階層的な細孔構造を有するMOF（HP-MOF）を創製することを目的とする。本研究課題は3年間の研究期間を予定しておりこの期間中に、①ソフトテンプレートを用いたマイクロ-メソ孔を有するHP-MOFのバッチプロセスによる合成で、HP-MOFの合成条件を明らかにし、②噴霧合成プロセスによるマイクロ-メソ-マクロ細孔を有するHP-MOFの合成およびメソ孔の制御を行う。さらに③HP-MOFの触媒・吸着・分離特性評価を行うことで、階層的な細孔構造がMOFの機能性に与える影響を明らかにすることを計画している。
2021年度においても前年度に引き続きMOFとして噴霧合成に関する知見が豊富なHKUST-1 （Cu3(BTC)2; BTC3- = 1,3,5-benzenetricarboxylate）を用いHP-MOFの合成条件を検討した。
前年度にブロードなメソ孔が形成されることがわかったイオン性界面活性剤であるCTABを用いて前駆体溶液組成を幅広く変更して噴霧合成を行った。メソ孔は多くの条件で形成されたが、規則的な細孔構造を持つHP-MOFは作製できなかった。その原因を調べるため、CTABを含む前駆体溶液を動的光散乱法で分析したところブロードなサイズのミセルが形成されていることがわかった。
そこで他のソフトテンプレートを探索し、非イオン界面活性剤P123がMOF前駆体溶液中でシャープなミセルを形成することがわかった。この溶液で噴霧合成を行ったところ、ある程度規則的なメソ孔が形成されることがわかった。
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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
21年度までに本研究の3つの計画のうち、①ソフトテンプレートを用いたマイクロ-メソ孔を有するHP-MOFのバッチプロセスによる合成で、HP-MOFの合成条件を明らかにし、②噴霧合成プロセスによるマイクロ-メソ-マクロ細孔を有するHP-MOFの合成およびメソ孔の制御を概ね達成した。そのため進捗は順調と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
より規則的なメソ孔を形成するため、P123を用いたHP-MOFの合成条件の探索を行う。さらにHP-MOFの機能性評価として触媒反応試験および、分子量の異なる色素を用いた吸脱着速度測定実験を行う。
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