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2015 Fiscal Year Annual Research Report

一方向プロトン輸送ナノ薄膜の創製

Research Project

Project/Area Number 26248019
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

北川 宏  京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (90234244)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 前里 光彦  京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (60324604)
大坪 主弥  京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (90601005)
Project Period (FY) 2014-04-01 – 2017-03-31
Keywords金属錯体化学 / 無機固体化学 / ナノ化学
Outline of Annual Research Achievements

ayer-by-Layer法を用いることで配向成長したナノメートルサイズのMOF薄膜を合成した。まず、4-メルカプトピリジンのエタノール溶液に金基板を浸すことで、アンカーとなる自己組織化単分子膜を作製しました。その後、この基板をMOFの構成要素であるピリジンを含んだ鉄イオン、テトラシアノ白金錯体の二種類のエタノール溶液に順次浸し、この手順を30サイクル繰り返すことにより、目的のMOFの薄膜を基板上に組み上げた。SPring-8 BL13XUビームラインの放射光を用いた精密なX線回折実験から基板面に平行方向の情報を含む面内配置、基板面に垂直方向の情報を含む面外配置共に明瞭なピークが観測され、得られたMOF 薄膜が面内方向、面外方向共に結晶性であることが実証できた。次に、エタノール分子の蒸気にこの薄膜を晒して放射光X線回折実験を行ったところ、驚くべきことにエタノールの蒸気圧が上がるとあたかもゲートが開くようにMOF の層間距離が広がることでエタノール分子を取り込み、蒸気圧が下がると取り込んだエタノール分子を放出しながらゲートを閉じるように層間距離が縮むことが明らかになった。さらに、薄膜作製時のLayer-by-Layer法のサイクル数を増やし、厚みを人工的に増やした薄膜では、エタノールの蒸気に晒しても層間距離は変化せず、分子が取り込まれないことが分った。この結果はMOFの持つ隠れた分子吸着機能が、ナノメートルスケールで薄膜の厚みをコントロールすることで初めて機能することを実験的に実証できたと言える。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究で発見した現象は、サイズが変わると性質が真逆に変化する多孔性材料を初めて発見したということであり、これはこれまでに観測されたことの無い新しい現象である。つまり、結晶の「サイズ」という因子がMOFに劇的な物性の変化をもたらし得ることを示しており、多孔性材料の示すガス吸着を始めとする基礎物性に結晶のサイズ次第で多くの多様性が生まれることが期待できる。この特徴に加えて、このMOF 薄膜は合成時のサイクル数を変えることにより薄膜の厚みを精密にコントロールすることが出来る。この利点を生かすことで、ガス分子に対する応答性を精密に調節可能なセンサー材料や、ガス分離膜等への応用につながることが期待される。

Strategy for Future Research Activity

順調に計画が進んでいるので、予定通り、作製した各種の結晶配向性MOFナノ薄膜の異方的プロトン伝導性を中心に研究を進めると同時に、予定していなかった内容も計画に盛り込んで取り組む予定である。

  • Research Products

    (10 results)

All 2016 2015

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 5 results)

  • [Journal Article] Lithium Ion Diffusion in a Metal-Organic Framework Mediated by an Ionic Liquid2015

    • Author(s)
      K. Fujie, R. Ikeda, K. Otsubo, T. Yamada, H. Kitagawa
    • Journal Title

      Chem. Mater.

      Volume: 27 Pages: 7355-7361

    • DOI

      10.1021/acs.chemmater.5b02986

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Homochiral Metal Phosphonate Nanotubes2015

    • Author(s)
      X. Liu, S. Bao, J. Huang, K. Otsubo, J. Feng, M. Ren, F. Hu, Z. Sun, L. Zheng, S. Wei, H. Kitagawa
    • Journal Title

      Chem. Commun.

      Volume: 51 Pages: 15141-15144

    • DOI

      10.1039/C5CC05647K

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Dual Lewis Acidic/Basic Pd0.5Ru0.5-PVP Alloyed Nanoparticle: Outstanding Catalytic Activity and Selectivity in Suzuki-Miyaura Cross-Coupling Reaction2015

    • Author(s)
      Md. Kutubi, K. Sato, K. Wada, T. Yamamoto, S. Matsumura, K. Kusada, H. Kobayashi, H. Kitagawa, K, Nagaoka
    • Journal Title

      ChemCatChem.

      Volume: 7 Pages: 3887-3894

    • DOI

      10.1002/cctc.201500758

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Proton Conduction Study on Water Confined in Channel or Layer Networks of LaIIIMIII(ox)3・10H2O (M = Cr, Co, Ru, La)2015

    • Author(s)
      H. Okawa, M. Sadakiyo, K. Otsubo, K. Yoneda, T. Yamada, M. Ohba, H. Kitagawa
    • Journal Title

      Inorganic Chemistry

      Volume: 54 Pages: 8529-8535

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.5b01176

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hybrid Materials of Ni NP@MOF prepared by a Simple Synthetic Method2015

    • Author(s)
      M. Mukoyoshi, H. Kobayashi, K. Kusada, M. Hayashi, T. Yamada, M. Maesato, Jared M. Taylor, Y. Kubota, K. Kato, M. Takata, T. Yamamoto, S. Matsumura, H. Kitagawa
    • Journal Title

      Chem. Commun.

      Volume: 51 Pages: 12463-12466

    • DOI

      10.1039/C5CC04663G

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] ナノ物質における状態密度エンジニアリング2016

    • Author(s)
      北川 宏
    • Organizer
      分子研研究会「触媒の分子科学:理論と実験のインタープレイ最前線」
    • Place of Presentation
      愛知県 岡崎市 岡崎コンファレンスセンター
    • Year and Date
      2016-03-10 – 2016-03-10
    • Invited
  • [Presentation] Dimensional crossover in coordination frameworks2015

    • Author(s)
      Hiroshi Kitagawa
    • Organizer
      THE INTERNATIONAL CHEMICAL CONGRESS OF PACIFIC BASIN SOCIETIES 2105(Pacifichem 2015)
    • Place of Presentation
      Hawaii Convention Center ,Hawaii USA
    • Year and Date
      2015-12-15 – 2015-12-15
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Dimensional Crossover in Coordination Chemistry2015

    • Author(s)
      HIroshi Kitagawa
    • Organizer
      The 2nd Japan-Germany Joint Symposium on Coordination Chemistry (JGJSCC2)
    • Place of Presentation
      Nara Women’s University, Nara Japan
    • Year and Date
      2015-09-21 – 2015-09-21
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Elements strategy for new nano-materials2015

    • Author(s)
      Hiroshi Kitagawa
    • Organizer
      Japan-Spain Joint Symposium
    • Place of Presentation
      Institute of Chemical Research of Catalonia,Tarragona Spain
    • Year and Date
      2015-06-22 – 2015-06-22
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Hydrogen Storage in Nano-materials2015

    • Author(s)
      Hiroshi Kitagawa
    • Organizer
      EMN Meeting on Droplets
    • Place of Presentation
      Holiday Inn Resort Phuket, Phuket Thailand
    • Year and Date
      2015-05-08 – 2015-05-08
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2017-01-06  

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