Control of dynamics and storage of CO2 in soft porous solids

• Project/Area Number: 19K22233
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 36:Inorganic materials chemistry, energy-related chemistry, and related fields
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: INUKAI Munehiro 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 講師 (60537124)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 野田 泰斗 京都大学, 理学研究科, 助教 (00631384) ; 南川 丈夫 徳島大学, ポストLEDフォトニクス研究所, 准教授 (10637193)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 配位高分子 / 核磁気共鳴 / 超分子 / 固体NMR

Outline of Research at the Start

排出される二酸化炭素(CO2)を高効率・低エネルギーで回収・貯蔵・輸送・再利用を可能とする機能性材料やシステムの開発は、環境・エネルギーに関する諸問題の解決に直結するため、極めて重要な研究課題の一つである。本申請では、多孔性配位高分子に注目し、室温・空気雰囲気下でCO2を貯蔵できるナノ空間の創出を研究目的とする。PCPの柔らかい結晶骨格が持つ熱振動(格子振動)と熱運動(分子の回転運動)に注目し、熱振動・運動を有する配位子(柔軟性分子ロータと呼ぶ)の機械的な噛み合わせを利用した動的ナノ空間を構築することで目的を達成する。

Outline of Final Research Achievements

We focus on Porous coordination polymer (PCP) and develop high resolution solid-state NMR under CO2 atmosphere to obtain the information of CO2 storage in the PCPs under mild conditions. We investigated (1) probing dynamics of carbon dioxides in a porous coordination polymer under high pressure by high-resolution solid- state NMR, (2) CO2 adsorption dynamics of a PCP studied by 19F ultra-fast MAS NMR, (3) 19F NMR under high electric field.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究において開発したNMR装置により、多孔性配位高分子の運動とCO2の運動の間に深い相関があることが明らかとなった。（1）で開発した装置は、吸着・貯蔵・分離中のCO2の運動・位置の詳細を調べることが可能であり、CO2の新たな分析方法として期待できる。また、(2)で実施した実験において発見した配位のダイナミクス（数十秒単位で金属と有機配位子の配位の入れ替え）は、新たなCO2分離・貯蔵の方法として期待できる。

Research Products

• [Journal Article] Probing dynamics of carbon dioxide in a metal-organic framework under high pressure by high-resolution solid-state NMR (2020)
  • Author(s): Munehiro Inukai, Takuya Kurihara, Yasuto Noda, Weiming Jiang, Kiyonori Takegoshi, Naoki Ogiwara, Hiroshi Kitagawa and Koichi Nakamura
  • Journal Title: Physical Chemistry Chemical Physics Volume: － Issue: 26 Pages: 14465-14470
  • DOI: 10.1039/d0cp01216e
  • NAID: 120007027673
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 錯体結晶の固体NMR (2019)
  • Author(s): 犬飼宗弘
  • Journal Title: BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIETY OF JAPAN Volume: 10 Pages: 108-111
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Rotation of pillar ligands of MOFs and solid-state NMR analyses (2020)
  • Author(s): Munehiro Inukai
  • Organizer: 錯体化学会 第70回討論会
  • Invited
• [Presentation] ゲスト分子吸着能を示すガラス状プロトン伝導性配位高分子 (2020)
  • Author(s): 犬飼宗弘
  • Organizer: 金沢固体NMRセミナー2019
  • Invited
• [Presentation] Glass-phase coordination polymer displaying proton conductivity and guest-accessible porosity (2020)
  • Author(s): Munehiro Inukai, Yusuke Nishiyama, Susumu Kitagawa, Satoshi Horike
  • Organizer: 1st International symposium Hydrogenomics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ガラス状プロトン伝導性配位高分子の合成とNMR 解析 (2019)
  • Author(s): 犬飼宗弘
  • Organizer: 第66回 固体NMR・材料フォーラム
  • Invited
• [Presentation] 錯体結晶の固体NMR (2019)
  • Author(s): 犬飼宗弘
  • Organizer: 第58回 NMR討論会
  • Invited
• [Presentation] Dynamics of carbon dioxides in a metal-organic framework under high pressure (2019)
  • Author(s): Munehiro Inukai, Takuya Kurihara, Yasuto Noda, Koichi Nakamura
  • Organizer: 2.EUROISMAR 2019
  • Int'l Joint Research