2014 Fiscal Year Annual Research Report
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25000007
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
北川 進 京都大学, 物質-細胞統合システム拠点, 教授 (20140303)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 弘志 東京大学, 工学系研究科, 講師 (20598586)
有川 敬 京都大学, 理学研究科, 助教 (70598490)
KIM Franklin 京都大学, 物質-細胞統合システム拠点, 助教 (10608566)
細野 暢彦 京都大学, 物質-細胞統合システム拠点, 助教 (00612160)
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| Project Period (FY) |
2013-04-26 – 2018-03-31
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| Keywords | 細孔 / 錯体 / 吸着 / 階層化 / 複合化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1. 究極分離細孔
(1) 水の特異な吸着状態を明らかにするため、赤外分光法を用いて1次元ナノ空間に閉じ込められた吸着水分子の凝集状態を調べた。その結果、吸着水分子はPCP骨格構造に元々存在する水分子を巻き込んで水素結合ネットワークを作る事がわかった。また、テラヘルツ分光法を用いて吸着水分子の脱着カイネティクスを調べたところ、1次元拡散モデルに良く従うことがわかった。またそこから求められる活性化エネルギーはバルク水の水素結合エネルギーと同等であり、吸着水分子が水素結合ネットワークを断ち切りながら1次元細孔から抜けていくことがわかった。
2. 物質変換細孔
(1) 異性化制御に基づく物質変換細孔
ビニルアルコールーアセトアルデヒドの平衡を、細孔内部で大きく偏らせることでポリビニルアルコールの直接合成に挑む。ルイス酸点および水素結合サイトを空間的に適切に配置するためのフレームワークおよび配位子設計を行った。
(2) 動的金属クラスターとの複合化による物質変換細孔
サブナノ金属クラスターの効率的合成を可能とする新規PCPの合成に挑戦した。この過程において、3次元多孔性錯体の2次元シート構造への剥離現象を見いだした。この現象を利用することで2次元シート構造への選択的金属イオン集積を実現した。
3. 異方的物質輸送細孔
(1) 炭素材料との複合化による空間の階層化
異種材料との複合化による異方的空間の構築を目指し、PCP結晶と炭素材料との複合化による空間の階層化を試みている。その第1ステップとしてグラフェンオキサイドからなる球状構造体の合成に成功し、学術論文発表を行った(Nature Communications, 2014)。
(2) 階層的構造における構造変化と物質移動
多孔性配位高分子(PCP)の中には、温度や溶媒、ゲスト分子などの変化により動的にその結晶構造を変化させるものがある。この構造転移現象のメカニズム解明は、異方的物質輸送細孔を実現するためにきわめて重要である。本年度は、この転移現象のメカニズムを解明すべく、超高分解能・超高速原子間力顕微鏡(AFM)を用いてPCP結晶表面構造の実空間・実時間観察をおこなった。詳細に実験条件を探索した結果、ある条件において原子レベルの鮮明な結晶表面像が得られ、結晶-結晶相転移を実時間観測する上で十分な解像度を得ることに成功した。
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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
3つの具体的目標(「分離」「変換」「輸送」)達成に向けて順調にしている。「究極分離細孔」については、特異な水クラスター形成現象の発見とメカニズム解明について成果を挙げることが出来た。「物質変換細孔」「異方的物質輸送細孔」についても各グループが連携し、萌芽的成果が生まれつつある。より高性能な材料開発のためには、詳細な原理解明が必要であると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の具体的な各目的については顕著な成果を上げつつある。今後は多彩な「階層的配位空間物質」を創製するとともに、「階層的配位空間における新現象」を発見し、この空間に特有の法則を見出し、新しい空間の学問領域を築き上げるためにも階層性に着目した実験を進める必要がある。そのためには研究分担者間の連携が不可欠である。この点については既に共同研究を開始しており、さらなるジャンプアップが期待できる。その他26年度に生じた問題点と解決策を以下に記す。
1. 研究場所
PCP合成を担当するチーム(佐藤担当)は実験設備設置スペースの問題から、平成25年度までは京大桂ベンチャープラザ(独立行政法人中小企業基盤整備機構)および京大桂キャンパス内の桂インテックセンターという2カ所で研究を進めて来た。これら2カ所の実験施設には物質合成および機能評価のための測定装置が設置されており、頻繁に行き来するものの、物理的な距離のため、安全・効率の面から望ましくなかった。また、賃料の面からも桂インテックセンターに集約する事が望ましかったため、平成26年度夏までに設備移設・集約を行い、効率化を図った。今後はより効率的な実験が行える状態になった。
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Research Products
(55 results)
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[Presentation] ナノ空間が拓く新しい化学2015
Author(s)
北川進
Organizer
化学系学協会北海道支部2015年冬季研究発表会
Place of Presentation
北海道大学、札幌
Year and Date
2015-01-27 – 2015-01-28
Description
【発表確定】
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