2014 Fiscal Year Annual Research Report
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26708006
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
堀毛 悟史 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70552652)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 配位高分子 / 固液相転移 / ガラス / イオン伝導 / ガス吸着 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
金属イオンと架橋性配位子からなる配位高分子はガス貯蔵や磁性など様々な機能が報告されてきたが、すべて結晶状態における研究であり、これらが融解し、例えば結晶―液体の可逆的相転移などの熱挙動は知られていない。本研究では固体―液体相転移を示す配位高分子の合成、およびそれらの挙動と機能発現を目的とした。具体的には様々な金属イオンと有機／無機配位子の組み合わせを、「イオン結合性」「サイズ」「配位結合の方向性」などの観点から複合的に考え、スクリーニングした。その結果、Zn2+イオンやCu+イオンなどのd10金属イオンとピリジル系／アゾール系の配位子からなる配位高分子結晶が140～200℃の温度領域で融解挙動を示すことがわかった。これら結晶は200℃以上になると徐々に重量減少、すなわち不可逆的な熱変化を起こすが、数十℃の温度範囲では安定な液体状態を有する。
この一連の結晶群において、様々な解析を行った。固体NMR、IR、DSC、X線などを複合的に利用することにより、融解状態において金属イオン周りの配位構造は（１）結晶状態と同様の構造を有するもの（２）六配位―四配位のように変化するもの、の二種類が存在することを確認した。また液体状態を介した過冷却処理を施すことにより、ガラス状の配位高分子を得ることもできている。これらは特にイオン伝導能やガス貯蔵能において、大幅な機能向上や多機能化が検討できる。一部の配位高分子ガラスでは結晶状態と比べ、数桁高いプロトン伝導度を有するものが得られており、融解状態やガラス状態が有する準安定相に起因した機能発現を検討している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究開始当初は融解する配位高分子結晶は世界的にみても２つのみの報告であったが、この一年間で数種類新たに合成することができたとともに、設計指針を得ることができた。また各種解析による融解メカニズムの解明が予想以上に進み、かなり具体的な熱挙動を把握することができている。さらに結晶状態では得られない機能が得られていることから、当初の計画以上に進んでいると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き融解挙動を有する配位高分子の合成を進めてゆくが、その際、より粘性の低い液相を有する配位高分子、さらに結晶化速度を制御できる配位高分子の系を重点的に進めてゆく。それによりこれまで不可能であった他材料との複合化や巨大単結晶合成などに展開できる。さらに解析においては共同研究により、SPring-8やJ-PARCの高輝度X線／中性子線を利用した融解挙動の解明および液体状態の詳細な解明を行う。そして機能発現においては、イオン伝導特性とガス貯蔵特性に加え、触媒特性への応用を検討する。いずれも温度を制御しながら、融解挙動と同期させた機能発現を狙う。
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| Causes of Carryover |
当初購入を予定していた粘弾性測定装置において、本研究目的に合致する装置が見いだせず、購入が見送りになったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
初年度に購入できなかった粘弾性測定装置を業者と打ち合わせしており、本研究の目的に合致した改良型当該装置の購入に使用する予定である。
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Research Products
(14 results)
