2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of molecular-single-crystalline-catalyst cartridges
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21K18961
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
久木 一朗 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (90419466)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Keywords | 水素結合 / 多孔質結晶 / 単結晶 / ヘキサアザトリフェニレン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
分子単結晶は、分子が最も規則的に配列した分子集合体であり、分子の規則的配列と異方的集合構造に由来した優れた物性の発現が期待できる。本研究では、多様な有機構成分子から1次元チャネル状空孔を有する堅牢な多孔性単結晶を構築し、触媒活性部位を導入した「単結晶触媒」へと展開することを目標としてきた。
本年度は、さらに大きな空孔径の１次元チャネルを有する単結晶性の多孔質有機フレームワークを構築するために、テトラキス（カルボキシターフェニル）エテン誘導体CPTPEの合成と結晶化を行った。合成したCPTPEをN,N-ジメチルホルムアミドとN,N-ジメチルアニリンの混合溶液から再結晶した。その結果、CPTPEが分子間で相補的に水素結合して形成されるsql-トポロジーの網目状シート構造が、相互貫入することなく積層し、3.4 nm×5.5 nmの菱形の開口部をもつ１次元チャネルを有する多孔質有機フレームワークの単結晶を得ることに成功した。この単結晶はチャネルが溶媒分子で満たされた状態で得られるため溶媒分子を除去し空間を活性化する必要があるが、種々の条件で活性化を検討したもののフレームワークを維持したまま溶媒分子を除去することはできなかった。
1次元チャネル状空孔を有する堅牢な多孔性単結晶を構築するためには、多数の分子間水素結合を形成でき、かつ分子間水素結合と直行する方向にも強固な分子間相互作用を発現させることができる分子設計が必要であることが、研究機関全体を通じて明らかになった。特にヘキサアザトリフェニレン骨格を有するヘキサカルボン酸誘導体は、活性化後も多孔質構造と単結晶性とを維持することができるため単結晶材料に展開できることが示唆された。
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