2022 Fiscal Year Annual Research Report
Unusual mass transport through nanochannels enabled by inner wall chemical modification
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21H01903
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
伊藤 喜光 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (00531071)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | フルオラスナノチューブ / 超分子ポリマー / 水透過 / 脱塩 / 水処理膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本申請研究では、これまで注目されてこなかったナノチャネルの内壁の化学構造に注目し、それによって生み出される新しい流体の「流れ」の学理を構築し、高効率物質輸送、選択的分離へと繋げることを目的としている。申請者はこれまでフッ素化された内腔をもつ大環状化合物の1次元集合化によるフルオラスナノチャネルの開発をし、これが最も早く水を透過するナノチャネルであることを明らかとしてきた。これはナノチャネルの内壁が内部を流れる流体に大きな影響を与えることを示した端的な例である。本申請研究では、この研究で得られた知見を生かし、ナノチャネル内壁の化学修飾による高効率な水輸送を実現することを目指す。本研究は、古典的な学問である流体力学に対して化学の視点から新しい「流れ」の実現を目指すものであり、同時に超高効率膜分離への応用の基礎を与える研究である。
初年度では、種々のフルオラスナノチャネルの高速水透過能及び脱塩能を見出した。二年度目になる2022年度はこれらのチャネルを膜に応用すべくフルオラス大環状化合物に種々の側鎖を持つ物質を合成し、これらの液晶化を検討した。その結果、明確な液晶性をもつ物質を得ることはできなかったが、合成検討過程においてより効率的な合成ルートを見つけることに成功した。また、液晶性を狙った物質の合成中間体が結晶性であることを見出し、単結晶構造解析によるチャネルの構造の検討の可能性に道がひらけた。単結晶構造解析は原子レベルでチャネル構造を検討できる最も良い手法ではあるが、今回のような大環状物質の単結晶は通常得ることはできないため、今回得られた物質の構造をベースに種々のフルオラス大環状化合物の単結晶構造解析の検討を進めていきたいと考えている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
超高速水透過及び脱塩能は前年度までに明らかになっていた。その展開として実際の膜の合成に取り組んだが、その過程においてフルオラス大環状化合物の単結晶構造解析の可能性を見出すことができた。我々のフルオラスナノチャネルの水透過・脱塩能の基礎科学的理解には単結晶構造解析は最適ではあるものの、これまで単結晶は現実的ではないとして諦めていたものである。今回思いがけず単結晶構造解析への道筋が見えたことが、当初の計画以上の進展であった。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はフルオラス大環状化合物の単結晶を得るための分子設計・合成を行い、フルオラスナノチャネルの超高速水透過及び脱塩能の基礎科学的理解へとつなげていく。
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