2023 Fiscal Year Annual Research Report
Kinetic modelling of the gate adsorption of soft porous crystals based on in-situ stress measurements
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21H01690
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
渡邉 哲 京都大学, 工学研究科, 准教授 (80402957)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平出 翔太郎 京都大学, 工学研究科, 助教 (60853207)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | Soft MOF / ゲート吸着 / AFM / 自由エネルギー解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，構造柔軟性を持つ多孔性配位錯体(Soft MOF)が示す，分子吸着が誘起する構造転移挙動を対象に，速度論的特性の解析手法確立とその機構解明を目指した検討を行う。Soft MOFとしてElastic Layered MOF-12(ELM-12)を対象とした。ELM-12は層状型Soft MOFの代表例であり，銅イオンにビピリジンが配位することで形成される２次元レイヤーを，トリフルオロメタンスルホン酸(OTf)を介して分散力で積層した層状構造を有し，層間隔が開くことでゲスト分子を取り込むという，構造柔軟性に起因するゲート吸着と呼ばれる特性を示す。本年度は，原子間力顕微鏡(AFM)を用いて，ゲスト分子を取り込んだELM-12粒子を上部から押しつけることで，ゲスト分子の放出に伴う構造転移を強制的に誘起し，単一粒子のゲート型構造転移挙動の実測を試みた。得られたのは押しつける距離と斥力の関係で，これを種々のエタノール分圧条件下で同様の測定を実施した。この斥力プロファイルを熱力学的に解析することで，一粒子ごとのゲート脱着圧の算出に初めて成功した。そして，ゲート脱着圧が粒子サイズに顕著に依存し，粒子サイズが大きくなるほど脱着圧が高圧側にシフトすることを明らかにした。従来，報告されてきた粒子サイズ依存性は吸着測定など粒子集団挙動の測定に基づいたものであるのに対し，本研究で明らかとしたのは一粒子の挙動であり，サイズ分布などの影響を排除した「真の」粒子サイズ依存性の解明に向けて，意義深い成果と言える。
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| Research Progress Status |
令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。
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