中空コアを有する星型高分子錯体の三次元的集積化による物質分離/変換メンブレン

• 研究課題/領域番号: 16K17959
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 高分子・繊維材料
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 細野 暢彦 京都大学, 物質－細胞統合システム拠点, 特定助教 (00612160)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2016年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: 高分子材料 / メンブレン / 錯体化学 / 多孔性材料 / ガス分離膜 / 高分子化学 / 超分子化学

研究成果の概要

本課題では生体の細胞膜にヒントを得て物質を選択的に透過させるチャネルを模倣した中空コアを有する高分子(高分子MOP)を合成し、それらを集積化させることで高機能メンブレンの開発することを目的とした。内部にナノ空間を有する籠状化合物である有機金属多面体（MOP）をチャネルとして起用し、MOPから高分子を重合させる手法を開発することで高分子MOPの合成に成功した。高分子MOPは溶液キャスト法により均質なメンブレンを与え、そのメンブレンは良好な二酸化炭素分離性能を発現することがわかった。また、チャネル内での触媒反応の可能性についても検討し、物質分離変換メンブレン創製へ繋がる糸口をつかむ事ができた。

研究成果

• [国際共同研究] 南京工業大学(中国)
• [雑誌論文] Finely Controlled Stepwise Engineering of Pore Environments and Mechanistic Elucidation to a Water-Stable, Flexible 2D Porous Coordination Polymers (2018)
  • 著者名/発表者名: Haijun Wang, Haifei Cao, Jia-jia Zheng, Simon Mathew, Nobuhiko Hosono, Bihang Zhou, Hongliang Lyu, Shinpei Kusaka, Wanqin Jin, Susumu Kitagawa, Jingui Duan
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 印刷中 号: 24 ページ: 6412-6417
  • DOI: 10.1002/chem.201705858
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Reversible Switching Between Highly Porous and Non-Porous Phases of an Interpenetrated Diamondoid Coordination Network that Exhibits Gate-Opening at Methane Storage Pressures (2018)
  • 著者名/発表者名: Qing-Yuan Yang, Prem Lama, Susan Sen, Matteo Lusi, Kai-Jie Chen, Wen-Yang Gao, Mohana Shivanna, Tony Pham, Nobuhiko Hosono, Shinpei Kusaka, John J. Perry IV, Shengqian Ma, Brian Space, Leonard J. Barbour, Susumu Kitagawa, Michael J. Zaworotko
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 印刷中 号: 20 ページ: 5684-5689
  • DOI: 10.1002/anie.201800820
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Efficient CO2 Removal for Ultra-Pure CO Production by Two Hybrid Ultramicroporous Materials (2018)
  • 著者名/発表者名: Kai-Jie Chen, Qing-Yuan Yang, Susan Sen, David G. Madden, Amrit Kumar, Tony Pham, Katherine A. Forrest, Nobuhiko Hosono, Brian Space, Susumu Kitagawa, Michael J. Zaworotko
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 57 号: 13 ページ: 3332-3336
  • DOI: 10.1002/anie.201706090
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Cooperative Bond Scission in a Soft Porous Crystal Enables Discriminatory Gate Opening for Ethylene over Ethane (2017)
  • 著者名/発表者名: Sen Susan、Hosono Nobuhiko、Zheng Jia-Jia、Kusaka Shinpei、Matsuda Ryotaro、Sakaki Shigeyoshi、Kitagawa Susumu
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 139 号: 50 ページ: 18313-18321
  • DOI: 10.1021/jacs.7b10110
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fine-tuning optimal porous coordination polymers by functional alkyl groups for CH4 purification (2017)
  • 著者名/発表者名: Fujun Cheng, Qianqian Li, Jingui Duan, Nobuhiko Hosono, Shin-ichiro Noro, Rajamani Krishna, Hongliang Lyu, Shinpei Kusaka, Wanqin Jin, and Susumu Kitagawa
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. A 巻: 46 号: 34 ページ: 17874-17880
  • DOI: 10.1039/c7ta02760e
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Anisotropic Coordination Star Polymers Realized by Self-Sorting Core Modulation (2017)
  • 著者名/発表者名: Nobuhiko Hosono, Kenichiro Omoto, Susumu Kitagawa
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 53 号: 58 ページ: 8180-8183
  • DOI: 10.1039/c7cc04381c
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a Porous Coordination Polymer with a High Gas Capacity Using a Thiophene-Based Bent Tetracarboxylate Ligand (2017)
  • 著者名/発表者名: Fei Wang, Shinpei Kusaka, Yuh Hijikata, Nobuhiko Hosono, Susumu Kitagawa
  • 雑誌名: ACS Appl. Mater. Interfaces 巻: 9 号: 39 ページ: 33455-33460
  • DOI: 10.1021/acsami.7b01568
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Metal-Organic Polyhedral Core as a Versatile Scaffold for Divergent and Convergent Star Polymer Synthesis (2016)
  • 著者名/発表者名: Nobuhiko Hosono, Mika Gochomori, Ryotaro Matsuda, Hiroshi Sato, Susumu Kitagawa
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 138 号: 20 ページ: 6525-6531
  • DOI: 10.1021/jacs.6b01758
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 多孔性金属錯体による分子分離技術の新展開 (2016)
  • 著者名/発表者名: 細野暢彦、日下心平、松田亮太郎
  • 雑誌名: 膜 巻: 41 号: 4 ページ: 160-164
  • DOI: 10.5360/membrane.41.160
  • NAID: 130005249363
  • 査読あり
• [学会発表] Allosteric Gate Effect in a Soft Coordination Crystal Enables Discriminatory Sorption of Ethylene over Ethane (2018)
  • 著者名/発表者名: Nobuhiko Hosono, Susan Sen, Susumu Kitagawa
  • 学会等名: 日本化学会第98回春季年会
• [学会発表] Self-Organization Behavior of Asymmetrically exo-Functionalized Coordination Cage: Construction of Processable Porous Materials (2018)
  • 著者名/発表者名: Kenichiro Omoto, Nobuhiko Hosono, Susumu Kitagawa
  • 学会等名: 日本化学会第98回春季年会
• [学会発表] Polymer-Grafted Coordination Nanocages: Towards Processable Porous Materials (2018)
  • 著者名/発表者名: Nobuhiko Hosono
  • 学会等名: iCeMS-VISTEC Joint Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dynamic Response of Porous Coordination Crystal Surface Monitored by in-situ Atomic Force Microscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: 細野 暢彦, 北川 進
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学 日吉キャンパス
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] Development of a Soft Porous Crystal for Light Olefin/Paraffin Separation (2017)
  • 著者名/発表者名: Susan Sen, Nobuhiko Hosono, Shinpei Kusaka, Akihiro Hori, Yohei Sato, Ryotaro Matsuda, Susumu Kitagawa
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学 日吉キャンパス
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] Design of metal-organic cages exo-functionalized with carbazole dendrons (2017)
  • 著者名/発表者名: 尾本 賢一郎，細野 暢彦, 北川 進
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学 日吉キャンパス
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] Metal-Organic Cage as a Versatile Core for Coordination Star Polymers (2017)
  • 著者名/発表者名: Nobuhiko Hosono, Susumu Kitagawa
  • 学会等名: 第66回高分子学会年次大会
• [学会発表] Direct Observation of Porous Coordination Crystal Surface: Revealing the Structure and Dynamic Response (2017)
  • 著者名/発表者名: Nobuhiko Hosono, Susumu Kitagawa
  • 学会等名: 錯体化学会第67回討論会
• [学会発表] Dynamic Response of Soft Porous Crystal Surface Monitored by in-situ Atomic Force Microscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Nobuhiko Hosono, Susumu Kitagawa
  • 学会等名: 2nd European Conference on Metal Organic Frameworks and Porous Polymers
  • 国際学会
• [学会発表] Separation and purification of light hydrocarbons mixtures using gas-specific gate-opening discriminatory effects (2017)
  • 著者名/発表者名: Christophe Lavenn, Mickaele Bonneau, Patrick Ginet, Francoise Barbier, Nobuhiko Hosono, Shinpei Kusaka, Ryotaro Matsuda, Susumu Kitagawa
  • 学会等名: 2nd European Conference on Metal Organic Frameworks and Porous Polymers
  • 国際学会
• [学会発表] Design of Porous Coordination Polymers for Gas Separation Technologies (2017)
  • 著者名/発表者名: Nobuhiko Hosono
  • 学会等名: 2017 International Forum of International Collaboration and Industrialization on Carbon Reduction and Clean Coal Technology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Self-Sorting Synthesis of Coordination Star Polymers with a Metal-Organic Polyhedral Core (2016)
  • 著者名/発表者名: Nobuhiko Hosono, Susumu Kitagawa
  • 学会等名: The 11th SPSJ International Polymer Conference (IPC2016)
  • 発表場所: 福岡国際会議場
  • 年月日: 2016-12-13
  • 国際学会
• [学会発表] Divergent/Convergent Synthesis of Cavity-Cored Coordination Star Polymers (2016)
  • 著者名/発表者名: Nobuhiko Hosono
  • 学会等名: RIKEN CEMS Topical Meeting 2016 “Nanoparticles / Nanotubes / Nanosheets"
  • 発表場所: 理化学研究所
  • 年月日: 2016-09-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 個人ページ
  • URL: http://www.nhosono.com
• [備考] 京都大学高等研究院 北川グループ
  • URL: http://www.kitagawa.icems.kyoto-u.ac.jp
• [産業財産権] スターポリマー (2016)
  • 発明者名: 北川進, 細野暢彦
  • 権利者名: 京都大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2016-12-14
  • 外国