2021 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of MOF nanosheets with variable electric conductivity depending on absorption of aromatic molecules for molecular sensing devices
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21J13884
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
大畑 考司 大阪府立大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2023-03-31
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| Keywords | metal-organic framework / ナノシート / 電気伝導性 / 界面科学 / X線回折 / 多孔性材料 / 気液界面 / ナノ材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
芳香族炭化水素は低濃度で健康被害を及ぼすため、短時間での高感度センシングが要求される。導電材料表面での分子吸着を直流電流値変化で検出する抵抗変化型機構が簡便且つ短時間検出が可能であり、注目される。しかし、低濃度検出が難しく、感度向上が課題である。
本研究では、芳香族炭化水素を高選択・高感度に検出する抵抗変化型センサを実現しうるmetal-organic framework (MOF)ナノシートの創製を目的とする。その様なナノシートの創製に向けて、本研究では気液界面合成法を駆使して導電性を有するMOFナノシートの作製を行う。本年度は、電気伝導性や分子吸着特性と深い相関があるナノシート形態の制御を実現するために、気液界面での各種作製条件がナノシート形成へ及ぼす影響を系統的に調べた。その結果、膜厚、シートサイズ、結晶性、配向性や被覆率などのモルフォロジーが作製条件の変更に応じて、段階的に変化することが明らかになった。更に、この知見を基に作製条件を改良することによって、膜厚をナノメートルスケールで保持しつつ、シートサイズのマイクロメートルスケールでの増大や被覆率の向上を実現した。特に、被覆率の増加によって電気伝導性を1桁向上させることに成功した。また、ガス雰囲気下でナノシートの電気伝導度を評価する装置を設計し、センシング特性を評価するための機構を構築した。この装置を活用し、2022年度にMOFナノシートのセンシング特性の理解を行う。
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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
当初の計画通り、気液界面合成を活用することで、導電性を有するmetal-organic framework (MOF)ナノシート作製に成功した。さらに、各種作製条件因子の系統的な変更による作製条件とナノシート形態の相関に関する知見を獲得したことによって、ナノシートサイズや被覆率を増大させる作製条件を導くことに成功した。2021年度の成果は、当初想定していた計画におおむね沿ったものとなった。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度の成果を踏まえ、2022年度ではナノシートのモルフォロジーが電気伝導性や分子吸着の機能性へ与える影響を詳細に調査し、基礎的なセンシング特性を明らかにする。更に、上述の目的を達成するナノシートを創製し、高選択・高感度なセンサ構築を目指す。
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