2012 Fiscal Year Annual Research Report
気液界面を利用した階層的配位高分子ナノ構造体の構築と機能開拓
Publicly Offered Research
| Project Area | Coordination Programming - Science of Molecular Superstructures for Chemical Devices |
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| Project/Area Number |
24108735
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
牧浦 理恵 大阪府立大学, 21世紀科学研究機構, 講師 (30457436)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | 配位高分子 / ナノ薄膜 / 気液界面 |
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| Research Abstract |
１．目的
分子を階層構造の構成単位とすることで、分子の形状や分子間で生じる共有結合、水素結合、および金属を伴った配位結合を利用して様々な構造・細孔を有する多孔体を構築することが可能である。本研究では液面における分子の自己組織化を巧みに利用し、配列が制御された分子薄膜をナノスケールで作製するとともに、創製した薄膜とその界面の構造や特性を詳細に調べることで、半導体膜や光電変換素子としての応用の可能性を探るとともに、ナノスケールで起こる新しい現象や機能を開拓する。
２．研究成果
分子構成要素として、カルボキシル基を配位部として有する三角形状の1,3,5-tri(4-carboxy-phenyl)-benzene (BTB) を用いた（下図）。この分子の大きさは16Å程度であり、分子間で水素結合または金属イオンを介した配位結合を形成することで多孔性のネットワークを構築することが期待される。ナノシートの作製には気液界面を利用し、下層液として純水及び硝酸銅水溶液を用いることで結合様式の異なるネットワーク構造を有するBTBのナノシートの作製を行った。
気液界面におけるナノシートの形成過程及び分子配列を調べるために、Langmuirトラフに満たした下層液表面にBTBを含む溶液を展開後水面をバリアで圧縮し、表面圧を変化させながら気液界面での放射光X線回折（XRD）及びBrewster angle microscopy（BAM） 測定を行った。純水、銅水溶液どちらに関しても、低い表面圧（～0 mN/m）において得られたXRDパターンに複数のシャープなピークが見られた。純水、および銅水溶液上で得られたBTBナノシート（それぞれBTB-water, BTB-Cuと名付ける）が高い結晶性を有し、表面圧縮をしない状態で気液界面で分子の規則配列が起こっていることがわかった。
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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
実験計画通り、気液界面におけるナノ薄膜形成の直接測定により、薄膜の形成過程の詳細がわかってきた。この結果をもとに、より均一なナノ薄膜作製のために必要な条件設定に関する指針を得ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
１）細孔サイズ、フレームワーク形状の自在制御有機配位子と金属イオンの合理的な組み合わせにより、様々な細孔サイズ、面間距離、フレームワーク形状（四角形、六角形、ひし形など）を有するMOF ナノ薄膜を作製する。同時に、同じ構成要素を用いてバルク結晶の作製も行い、サイズの違いにより構造や相転移、ガス吸着特性がどのように変化するか調べる。
２）異種薄膜のLayer-by-Layer 接合
MOF 薄膜の応用利用を考えた場合、電極や別の機能を有する薄膜との集積は必須である。このためにまず、異種構造を有するMOF ナノ薄膜の積層を行う。各MOF シートの構造解
析を行い、それぞれの層の構造を独立に評価する。さらに、液面におけるMOF シートの構造と比較することで、異種界面状態（格子の歪み、不整合など）を明らかにする。
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