| 研究課題/領域番号 |
15J08218
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 研究分野 |
化工物性・移動操作・単位操作
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
大﨑 修司 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-24 – 2017-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2016年度)
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| 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)
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| 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 |
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| 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。
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| 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。
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| 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。
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