Physical properties in the bulk and nano spaces for preparing metal-supported porous coordination polymers using supercritical fluid deposition method

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01694
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 27010:Transport phenomena and unit operations-related
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: Ushiki Ikuo 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (30734850)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松山 清 福岡工業大学, 工学部, 教授 (40299540)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 超臨界CO2 / PC-SAFT / Dubinin-Astakhov式 / ナノ空間物性 / 吸着 / 多孔性配位高分子 / バルク空間物性 / PCP

Outline of Final Research Achievements

In this study, we investigated the quantitative understanding of both solubility of solutes in supercritical CO2 (bulk space properties) and adsorption equilibrium of solutes in nanopores of PCP (nanospace properties) for the design of a process to prepare metal-supported PCP (porous coordination polymer) by supercritical impregnation method. The solubility and adsorption equilibria of solutes in supercritical CO2 were measured and modeled for model supports and solutes using the PC-SAFT perturbation theory equation of state and the Dubinin-Astakhov thermodynamic adsorption isotherm for model solutes. The results provide a quantitative basis for the design of a process for the creation of metal-supported PCP by the supercritical impregnation method.

Free Research Field

化学工学，超臨界流体工学，基礎物性，化学工学熱力学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

金属資源の供給リスクや需要拡大による価格高騰を背景に、多くの反応において役立つレアメタルやレアアースを効果的に利用することが我が国の生存戦略として不可欠となっています。そのため、多孔質材料に触媒金属を埋め込む技術の重要性が増しています。本研究課題では、地球上に豊富に存在する二酸化炭素(CO2)を超臨界状態（臨界温度31℃、臨界圧力7.4 MPa以上の温度・圧力状態）にした流体を利用して、高性能な金属含浸多孔質材料を作製する方法（超臨界流体含浸法）について、そのプロセスの効率的な設計を目指して研究を行い、研究成果を得ました。