2021 Fiscal Year Annual Research Report
Physical properties in the bulk and nano spaces for preparing metal-supported porous coordination polymers using supercritical fluid deposition method
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21H01694
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
宇敷 育男 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 助教 (30734850)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松山 清 福岡工業大学, 工学部, 准教授 (40299540)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 超臨界CO2 / 金属担持触媒 / 多孔性配位高分子 / 溶解度 / 吸着 / PCP / MOF / 金属有機構造体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，超臨界CO2中における揮発性有機化合物の吸着平衡測定装置における知見をベースとして開発した超臨界CO2中における金属前駆体のバルク空間物性及びナノ空間物性の測定装置を用いて研究を実施した．この際，acetylacetonate(acac)等の金属前駆体を用いた測定に先立ち，モデル化合物である揮発性有機化合物を用いた測定を行った．代表的なPCP（多孔性配位高分子）の一種であるZIF-8(比表面積：2000 m2/g，平均細孔径：0.7 nm)をモデル担体(吸着剤)としてナノ空間物性（吸着平衡）を測定した結果，超臨界CO2中における揮発性有機化合物（ヘキサン）の吸着量は温度増加・圧力低下に伴い増加するという傾向が確認され，これはCO2密度の観点から説明可能であった．すなわち，温度増加・圧力低下に伴いCO2密度が低下すると，PCP細孔内において揮発性有機化合物と競争吸着するCO2量が低下するとともに，PCP細孔内における吸着相からバルク相における揮発性有機化合物の溶解性が低下するため，こうした2つの効果によりPCPへの揮発性有機化合物の吸着量が増加したものと考える．一方で超臨界CO2中における金属前駆体の溶解度（バルク空間物性）については，PC-SAFT(perturbed chain-statistical associating fluid theory)に基づく溶解度推算手法（当研究グループにより開発）を鉄の前駆体であるフェロセンに対して適用した．その結果，PC-SAFTを用いた本推算手法により超臨界CO2中におけるフェロセン溶解度の温度依存性及びCO2密度依存性を，Lorentz-Berthelot結合則中における異種分子間相互作用パラメーターkijをゼロとしても比較的良好に表現可能であることを明らかにした．
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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
”研究実績の概要”においても述べたように，モデル物質を用いたナノ空間物性の測定，及び金属前駆体のバルク空間物性のモデリングを実施済みであるなど，概ね研究計画通りに進行しているため．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，研究目的である超臨界含浸法による金属担持ＰＣＰ創製へ向けたバルク及びナノ空間物性の基盤構築に向けて，本年度までに開発した超臨界CO2中における金属前駆体のバルク空間物性及びナノ空間物性の測定装置を用いて引き続きモデル化合物である揮発性有機化合物を用いた測定を行い，未だ知見が不十分である超臨界CO2中におけるPCPへの吸着現象に関する定量的理解を深める．その上で，acetylacetonate等の金属前駆体を用いた測定・解析に着手する．同時に，令和3年度に引き続いて摂動論に基づく熱力学的状態式であるPC-SAFT等や熱力学的吸着等温式であるDubinin-Astakhov式によるバルク及びナノ空間物性のモデリングも実施する．
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