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2022 Fiscal Year Research-status Report

ベイズ最適化を活用した物理蒸着法によるMOF薄膜合成

Research Project

Project/Area Number 22K14692
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

中山 亮  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任助教 (20833974)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Keywords金属有機構造体 / 薄膜 / 物理蒸着 / ベイズ最適化 / MOF
Outline of Annual Research Achievements

金属有機構造体(Metal-Organic Framework, MOF)は金属イオンと架橋配位子の自己集合によって得られる多孔性物質である。MOFは、1) 細孔内への分子導入、2) 化学修飾による電子物性の制御、といった従来の電子材料にはない性質を持つ。MOFのデバイス応用に向けて、溶媒を使用しない物理蒸着法(PVD)による薄膜合成が望まれているが、PVDによる
MOF薄膜合成は困難である。本研究は、ベイズ最適化を活用したPVDによるMOF薄膜合成を目的としている。R4年度は、MOFの一種であるHKUST-1の薄膜合成に取り組んだ。まず、物理蒸着法により酢酸銅とトリメシン酸の薄膜を交互に堆積させ、様々な基板温度、H2O分圧などで成膜を行ったが、HKUST-1薄膜を得ることはできなかった。そこで、1) 物理蒸着法による金属塩と有機配位子の交互積層、2) 酢酸蒸気雰囲気でのアニール処理という二段階の成膜プロセスを試みたところ、ガラス基板上に(111)配向したHKUST-1薄膜を合成することに成功した。
また、ベイズ最適化の材料開発への適用に向けて、材料合成を模したモデル関数を用いたシミュレーションを行った。その結果、材料合成のプロセスウィンドウに合わせたベイズ最適化のアルゴリズムのチューニング指針を見出した。このシミュレーションで得られた知やノウハウを活用することで、今後ベイズ最適化を活用したMOF薄膜合成を効率よく進めることができると期待される。
なお、今年度行ったMOF薄膜合成及びベイズ最適化のシミュレーションに関して、現在論文執筆を進めている状況である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

R4年度はMOFの一種であるHKUST-1の薄膜合成を目的としていた。
幸いなことに、ベイズ最適化を用いない初期検討の段階で、1、) 金属塩と有機配位子の交互積層、2) 酢酸蒸気雰囲気でのアニール処理という合成戦略により、ガラス基板上に(111)配向したHKUST-1薄膜を合成できることを見出した。また、R4年度はベイズ最適化を用いた材料合成のシミュレーションも行った。これらの知見を組み合わせることで、R5年度以降、ベイズ最適化を活用したMOF薄膜合成を効率よく進めることができると考えられる。以上の理由より、これまでの研究はおおむね順調に進展しているといえる。

Strategy for Future Research Activity

R4年度は物理蒸着法と溶媒蒸気アニールを組み合わせた手法により、HKUST-1薄膜の合成を行った。R5年度は、交付申請書に記載した研究計画に基づき、Fe、Mo、Znなどを金属イオンとするHKUST-1類似構造体の薄膜合成・評価を行う。また、Cuを金属イオンとして、別の配位子からなるMOF薄膜合成にも並行して取り組む。

Causes of Carryover

R4年度に得られた研究成果を論文にとりまとめ、英文校正を行うために予算を残していたが、査読対応のための追加実験などで論文を英文校正に出すのが遅れたため次年度使用額が生じた。

  • Research Products

    (9 results)

All 2023 2022

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Tuning of Bayesian optimization for materials synthesis: simulation of the one-dimensional case2022

    • Author(s)
      Nakayama Ryo、Shimizu Ryota、Haga Taishi、Kimura Takefumi、Ando Yasunobu、Kobayashi Shigeru、Yasuo Nobuaki、Sekijima Masakazu、Hitosugi Taro
    • Journal Title

      Science and Technology of Advanced Materials: Methods

      Volume: 2 Pages: 119~128

    • DOI

      10.1080/27660400.2022.2066489

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Fabrication and Growth Orientation Control of NaBH<sub>4</sub> Epitaxial Thin Films Using Infrared Pulsed-Laser Deposition2022

    • Author(s)
      Nakayama Ryo、Kawaguchi Yuto、Shimizu Ryota、Nishio Kazunori、Oguchi Hiroyuki、Kim Sangryun、Orimo Shin-ichi、Hitosugi Taro
    • Journal Title

      Crystal Growth &amp; Design

      Volume: 22 Pages: 6616~6621

    • DOI

      10.1021/acs.cgd.2c00813

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ミスト化学気相成長法による金属有機構造体の薄膜合成2023

    • Author(s)
      野島 槙人、中山 亮、岩本 俊太、Chon Seoungmin、簾 智仁、清水 亮太、一杉 太郎
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
  • [Presentation] Fabrication of oriented conductive metal-organic framework thin film by dry process2023

    • Author(s)
      Seoungmin Chon, Ryo Nakayama, Shunta Iwamoto, Shigeru Kobayashi, Ryota Shimizu, Taro Hitosugi
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
  • [Presentation] スパース推定を用いたベイズ最適化による実験計画アルゴリズムと 添加剤最適化に向けた展望2022

    • Author(s)
      増井 隆治、Lee Unseo、中山 亮、一杉 太郎
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • Invited
  • [Presentation] NaBH4エピタキシャル薄膜の合成と成長方位制御2022

    • Author(s)
      中山 亮、河口 祐飛、清水 亮太、西尾 和記、大口 裕之、金 相侖、折茂 慎一、一杉 太郎
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 物理蒸着法と酢酸雰囲気での加熱処理によるMOF配向膜の合成2022

    • Author(s)
      岩本 俊太、中山 亮、Chon Seoungmin、清水 亮太、一杉 太郎
    • Organizer
      第12回CSJ化学フェスタ
  • [Presentation] Fabrication of conductive metal-organic framework thin film on insulating substrate by physical vapor deposition2022

    • Author(s)
      CHON Seoungmin、中山 亮、岩本 俊太、小林 成、清水 亮太、一杉 太郎
    • Organizer
      第12回CSJ化学フェスタ
  • [Presentation] Physical vapor deposition of conductive two-dimensional metal-organic framework thin film2022

    • Author(s)
      Seoungmin Chon, Ryo Nakayama, Shunta Iwamoto, Shigeru Kobayashi, Ryota Shimizu, and Taro Hitosugi
    • Organizer
      2022 MRS Fall Meeting
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2023-12-25  

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