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ナノ多孔性錯体の粒径・形状制御と表面特性解析に立脚した特異的吸着挙動の精密制御

研究課題

研究課題/領域番号 15J08218
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 化工物性・移動操作・単位操作
研究機関京都大学

研究代表者

大﨑 修司  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2015-04-24 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2016年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2015年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワードMOF / 多孔性配位高分子 / 多孔性金属錯体 / 古典的核形成理論 / 粒子サイズ制御 / 分子シミュレーション / 自由エネルギー解析 / ゲート吸着 / ZIF-8 / マイクロリアクター / 微粒子合成 / 粒径制御 / 形状制御
研究実績の概要

本研究の目的は,ソフト多孔性錯体(SPC)が示す構造転移挙動を伴う特異な吸着挙動(ゲート吸着)を粒子サイズにより制御し,所望の条件でのゲート吸着を示す材料設計への展開を図るものである。本年度の年次計画では「SPCの粒子サイズと構造転移挙動およびゲート吸着挙動との関係性解明」および「分子シミュレーションを用いたナノSPCが示すゲート吸着挙動の理解」であった。そこで,SPCの一種であるZeolitic imidazolate framework-8(ZIF-8)を対象に検討を行った。その成果として,1)古典的核生成理論に基づく粒子サイズ予測,2)自由エネルギー解析によるSPCsが示すゲート吸着の粒径依存性の定量的予測,が挙げられる。
1)反応条件から粒子サイズ・形状の予測に向けて,古典的核生成理論と二次元核形成機構に基づく検討を行った。古典的核生成理論により生成する核の個数濃度を算出し,実験によって得られる粒子の個数濃度と比較することでZIF-8の表面エネルギーと溶解度積を決定し,濃度条件から粒子サイズを予測する式を得た。
2)ZIF-8粒子表面の存在が吸着挙動に及ぼす影響を検討するために,気相領域を設定したシミュレーションセル (ナノ粒子モデル) を構築し,吸着シミュレーションおよび自由エネルギー解析を行った。吸着シミュレーション結果から,バルク結晶部と吸着挙動が異なる粒子表面近傍部の幅は1.0 nmであり,この幅は粒子幅に依存しないことを見出した。ナノ粒子モデルの粒子幅を変化させたところ,粒子幅が減少するに伴い表面近傍部の影響が顕著になることを確認した。以上の結果を踏まえ,サブミクロンサイズのZIF-8粒子の吸着量を推算するモデルを構築した。推算した吸着等温線を用いた自由エネルギー解析から求めたゲート吸着・脱着圧は,実験結果と概ね良好に一致することを確認した。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2017 2016 2015

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 4件)

  • [雑誌論文] Synthesis of zeolitic imidazolate framework-8 particles of controlled sizes, shapes, and gate adsorption characteristics using a central collision-type microreactor2017

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Watanabe, Shuji Ohsaki, Tatsuya Hanafusa, Kento Takada, Hideki Tanaka, Kazuhiro Mae, and Minoru T. Miyahara
    • 雑誌名

      Chemical Engineering Journal

      巻: 313 ページ: 724-733

    • DOI

      10.1016/j.cej.2016.12.118

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] マイクロリアクタの混合特性評価と多孔性錯体微粒子合成への適用2015

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Watanabe, Shuji Ohsaki, Akiko Fukuta, Tatsuya Hanafusa, Kento Takada, Hideki Tanaka, Taisuke Maki, Kazuhiro Mae, Minoru T. Miyahara
    • 雑誌名

      粉体工学会誌

      巻: 52 号: 7 ページ: 382-389

    • DOI

      10.4164/sptj.52.382

    • NAID

      130005090548

    • ISSN
      0386-6157, 1883-7239
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Microreactor Flow Synthesis of Porous Coordination Polymer Nanoparticles and Characterization of their Adsorption Properties2015

    • 著者名/発表者名
      Shuji Ohsaki, Satoshi Watanabe, Hideki Tanaka, Kazuhiro Mae, Minoru T. Miyahara
    • 雑誌名

      Journal of The Society of Powder Technology Japan

      巻: 52 号: 12 ページ: 707-713

    • DOI

      10.4164/sptj.52.707

    • NAID

      130005116362

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] ZIF-8粒子のフロー式精密合成と分子シミュレーションモデリング2017

    • 著者名/発表者名
      大崎 修司, 渡邉 哲, 田中 秀樹, 前 一廣, 宮原 稔
    • 学会等名
      化学工学会 第82年会
    • 発表場所
      芝浦工業大学 (東京都,江東区)
    • 年月日
      2017-03-06
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Nucleation and Growth Processes of Zeolitic Imidazolate Framework-8 Particles2017

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Fujiwara, Shuji Ohsaki, Satoshi Watanabe, Kazuhiro Mae, and Minoru T. Miyahara
    • 学会等名
      POSTECH-Kyoto Univ.-Tsinghua Univ. Joint Students Workshop on Microreactor
    • 発表場所
      Pohang (Korea)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] マイクロリアクタを用いたZIF-8微粒子合成と形成過程の熱力学的解析2016

    • 著者名/発表者名
      藤原 篤, 渡邉 哲, 大崎 修司, 宮原 稔
    • 学会等名
      第67回コロイドおよび界面化学討論会
    • 発表場所
      北海道教育大学旭丘校 (北海道,旭川市)
    • 年月日
      2016-09-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Synthesis of Metal-Organic Framework particles with controlled size, shape and adsorption properties2016

    • 著者名/発表者名
      Shuji Ohsaki, Satoshi Watanabe, Hideki Tanaka, Kazuhiro Mae, Minoru T. Miyahara
    • 学会等名
      14th International Conference on Microreaction Technology
    • 発表場所
      Beijing (China)
    • 年月日
      2016-09-12
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 多孔性錯体ZIF-8の形成機構に関する熱力学的解析2016

    • 著者名/発表者名
      大崎 修司, 藤原 篤, 渡邉 哲, 宮原 稔
    • 学会等名
      化学工学会第48回秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学 (徳島県,徳島市)
    • 年月日
      2016-09-06
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] ソフト多孔性錯体微粒子の形成メカニズムの解明と粒径・形状による吸着特性制御2016

    • 著者名/発表者名
      大崎 修司, 渡邉 哲, 田中 秀樹, 宮原 稔
    • 学会等名
      材料化学システム工学討論会2016
    • 発表場所
      東京大学 (東京都,文京区)
    • 年月日
      2016-08-24
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] ZIF-8微粒子の形成機構に関する熱力学的解析2016

    • 著者名/発表者名
      大崎 修司, 藤原 篤, 渡邉 哲, 前 一廣, 宮原 稔
    • 学会等名
      2016年度 第2回 粉体操作に伴う諸現象に関する勉強会
    • 発表場所
      柿野温泉八勝園湯元館 (岐阜県,土岐市)
    • 年月日
      2016-07-29
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 多孔性錯体微粒子の形成機構に関する熱力学的解析2016

    • 著者名/発表者名
      大崎 修司, 藤原 篤, 渡邉 哲, 前 一廣, 宮原 稔
    • 学会等名
      粉体工学会2016年度春期研究発表会
    • 発表場所
      京都リサーチパーク (京都府,京都市)
    • 年月日
      2016-05-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 多孔性錯体粒子における吸着誘起構造変化と拡散メカニズムの解明2016

    • 著者名/発表者名
      大崎 修司, 森本 雄樹, 渡邉 哲, 前 一廣, 宮原 稔
    • 学会等名
      化学工学会 第81年会
    • 発表場所
      関西大学 (大阪・吹田市)
    • 年月日
      2016-03-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Microreactor flow synthesis of zeoltiic imidazolate framework particles with controlled size, shape and adsorption properties2015

    • 著者名/発表者名
      Shuji Ohsaki, Kento Takada, Satoshi Watanabe, Kazuhiro Mae, Minoru T. Miyahara
    • 学会等名
      1st European Conference on Metal Organic Frameworks and Porous Polymers
    • 発表場所
      Potsdam (Germany)
    • 年月日
      2015-10-11
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Microreactor flow synthesis of ZIF-8 particles with controlled size, shape and adsorption properties2015

    • 著者名/発表者名
      Shuji Ohsaki, Kento Takada, Satoshi Watanabe, Kazuhiro Mae, and Minoru T. Miyahara
    • 学会等名
      APCChE 2015 Congress
    • 発表場所
      Melbourne (Australia)
    • 年月日
      2015-09-27
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 多孔性錯体ZIF-8が示す吸着誘起構造転移現象の粒径・形状依存性2015

    • 著者名/発表者名
      大崎 修司, 渡邉 哲, 田中 秀樹, 宮原 稔
    • 学会等名
      化学工学会 第47回秋季大会
    • 発表場所
      北海道大学 (北海道・札幌市)
    • 年月日
      2015-09-09
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] ZIF-8微粒子が示す吸着誘起構造転移現象の自由エネルギー解析2015

    • 著者名/発表者名
      大崎 修司, 渡邉 哲, 田中 秀樹, 宮原 稔
    • 学会等名
      2015年 第2回粉体操作に伴う諸現象に関する勉強会
    • 発表場所
      琵琶湖畔近江白浜旅館 (滋賀・高島市)
    • 年月日
      2015-07-31
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 多孔性錯体ZIF-8微粒子の粒径・形状制御と吸着特性解析2015

    • 著者名/発表者名
      大崎 修司, 高田 健斗, 渡邉 哲, 田中 秀樹, 前 一廣, 宮原 稔
    • 学会等名
      2015年度 粉体工学会春期研究発表会
    • 発表場所
      連合会館 (東京・千代田区)
    • 年月日
      2015-05-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2015-11-26   更新日: 2024-03-26  

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