2022 Fiscal Year Annual Research Report
新規な多孔質結晶「スポンジ結晶」の特異な生成原理による分子ふるい分離膜機能の創出
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20K21239
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
犬丸 啓 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 教授 (80270891)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | 多孔体 / sponge crystal / epitaxial self-assembly / mesocrystal |
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| Outline of Annual Research Achievements |
結晶性のナノ粒子が集積し，その集積体全体が単結晶としての秩序性を獲得する現象（Epitaxial Self-Assembly）を犬丸が発見し（Chem. Lett., 1996; J. Phys. Chem., 1997）これを後に「sponge crystals」と命名した(Catal. Surv. Asia, 2006)．つまりColfenらが提唱した「メソ結晶(mesocrystal)」(2000)に先駆けて"self-assembly mediated crystal growth"を報告した． 本研究はスポンジ結晶の化学を体系化しその機能開拓をめざす．
スポンジ結晶は，あらゆる結晶性化合物で形成される可能性があるが，最初に我々が見つけたスポンジ結晶(NH4)3PW12O40のような分子性の無機化合物がそれを形成しやすい. Schloglらが初期に報告したCs4PMo11VO40がある.これはナノ粒子の集合を必ずしも介さず，別の原理でスポンジ結晶になる．これと同等の機構が考えられる(NH4)4SiW12O40について，研究期間の前半に，Ar吸着の解析や分子モデルを駆使しその細孔構造を分子・原子レベルで解明することに成功した．さらに，研究期間後半では，Cs4SiW12O40の細孔構造の調製条件依存性，(NH4)4SiW12O40の過熱による細孔構造変化について調べた．特に最終年度は，(NH4)4SiW12O40をある条件で加熱すると，空隙率と細孔径の関係において特異な挙動が得られた．これを説明するには，スポンジ結晶内で細孔構造が柔軟に変化していることが最も有力な説明である．以上，本研究により，ゼオライトやALPOに代表される多孔質単結晶の科学に，スポンジ結晶の科学と化学が書き加えれられ，全体が単結晶の秩序を持ちながら内部に柔軟な細孔構造をもつ「スポンジ結晶」の新たな物質・材料科学のさらなる展開の端緒が得られた．
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