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MOF/金属ナノ粒子界面の構造解析に基づく相乗的機能の発現

研究課題

研究課題/領域番号 17J10099
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 無機化学
研究機関京都大学

研究代表者

荻原 直希  京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2017-04-26 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
2018年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2017年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
キーワード多孔性金属錯体 / 金属ナノ粒子 / 水性ガスシフト反応 / 触媒
研究実績の概要

昨年度までの研究により、多孔性金属錯体(MOF)に吸着された水分子はバルク水より高い水性ガスシフト反応活性を有すること、さらにMOF細孔の化学環境を合理的にデザインすれば、吸着水の化学反応性を系統的に制御可能であることを見出した。そこで今年度はその機構解明のためMOFに吸着された水分子の化学状態とその反応性との相関について、分光学的手法を駆使し理解を目指した。MOFに吸着された水の化学状態を調べるために、in situ IR、固体NMR測定を行ったところ、その化学状態はMOFの細孔環境に大きく依存し、細孔が親水的になると吸着水の酸性度は増加し、細孔が疎水的になるとその酸性度は減少することがわかった。この結果を基に、水性ガスシフト反応を促進させるエッセンスを抽出すると、疎水的な細孔環境を構築し、吸着水の酸性度を低下させることが鍵となることを明らかにした。
また、ゲスト分子に応答した細孔環境の制御を目指し、構造柔軟性を有するMOFと金属ナノ粒子との複合化を試みた。これにより、MOF細孔の構造変化に連動した金属ナノ粒子の触媒機能の発現を目指した。具体的には、ゲスト分子の吸着に応答して柔軟に構造変化させるMOFに着目し、金属ナノ粒子との複合化を行った。複合体合成は既存のワンポット合成法を改善し、予め加熱された金属ナノ粒子溶液中に、MOF前駆体溶液をシリンジポンプで徐々に滴下し、MOFの結晶核を瞬時に形成させることにより行った。また吸着測定により、得られた複合体はCO2等の様々なゲスト分子の吸着に応答して、細孔構造を変化させることがわかった。これより、得られた複合体は単一物質でありながら、外部環境に応答した柔軟な細孔環境の変化が可能であると明らかになった。今後、この柔軟に細孔環境を変化させる複合体を様々な化学反応に適用することにより、ゲスト分子に応答した反応性制御への展開が期待される。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 3件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Coating of 2D Flexible Metal-Organic Frameworks on Metal Nanocrystals2019

    • 著者名/発表者名
      Naoki Ogiwara, Hirokazu Kobayashi, Keigo Kobayashi, Tomokazu Yamamoto, Takaaki Toriyama, Syo Matsumura, Hiroshi Kitagawa
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 48 号: 2 ページ: 173-176

    • DOI

      10.1246/cl.180931

    • NAID

      130007590678

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Charge transfer dependence on CO2 hydrogenation activity to methanol in Cu nanoparticles covered with metal-organic framework systems2019

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu Kobayashi, Jared M Taylor, Yuko Mitsuka, Naoki Ogiwara, Tomokazu Yamamoto, Takaaki Toriyama, Syo Matsumura, Hiroshi Kitagawa
    • 雑誌名

      Chemical Science

      巻: 10 号: 11 ページ: 3289-3294

    • DOI

      10.1039/c8sc05441j

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Conductive metal-organic framework nanowire arrays for electrocatalytic oxygen evolution2019

    • 著者名/発表者名
      Wen-Hua Li, Qiaohong Li, Jiafang Xie, Naoki Ogiwara, Huijie Jiang, Hiroshi Kitagawa, Gang Xu, Yaobing Wang
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry A

      巻: 7 号: 17 ページ: 10431-10438

    • DOI

      10.1039/c9ta02169h

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Solid-solution alloy nanoparticles of a combination of immiscible Au and Ru with a large gap of reduction potential and their enhanced oxygen evolution reaction performance2019

    • 著者名/発表者名
      Quan Zhang, Kohei Kusada, Dongshuang Wu, Naoki Ogiwara, Tomokazu Yamamoto, Takaaki Toriyama, Syo Matsumura, Shogo Kawaguchi, Yoshiki Kubota, Tetsuo Honma, Hiroshi Kitagawa
    • 雑誌名

      Chemical Science

      巻: 印刷中 号: 19 ページ: 5133-5137

    • DOI

      10.1039/c9sc00496c

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The effect of amorphization on the molecular motion of the 2-methylimidazolate linkers in ZIF-82019

    • 著者名/発表者名
      Naoki Ogiwara, Daniil I. Kolokolov, Masaki Donoshita, Hirokazu Kobayashi, Satoshi Horike, Alexander G. Stepanov, Hiroshi Kitagawa
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 印刷中 号: 42 ページ: 5906-5909

    • DOI

      10.1039/c9cc02673h

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Lanthanide-Based Porous Coordination Polymers: Syntheses, Slow Relaxation of Magnetization, and Magnetocaloric Effect2018

    • 著者名/発表者名
      Chinmoy Das, Apoorva Upadhyay, Kamal Uddin Ansari, Naoki Ogiwara, Takashi Kitao, Satoshi Horike, Maheswaran Shanmugam
    • 雑誌名

      Inorganic Chemistry

      巻: 57 号: 11 ページ: 6584-6598

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.8b00720

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Sequence-regulated copolymerization based on periodic covalent positioning of monomers along one-dimensional nanochannels2018

    • 著者名/発表者名
      Shuto Mochizuki, Naoki Ogiwara, Masayoshi Takayanagi, Masataka Nagaoka, Susumu Kitagawa, Takashi Uemura
    • 雑誌名

      Nature Commun.

      巻: 9 号: 1 ページ: 329-329

    • DOI

      10.1038/s41467-017-02736-1

    • NAID

      120006380534

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Imidazolium cation transportation in a 1-D coordination polymer2017

    • 著者名/発表者名
      Wenqian Chen, Naoki Ogiwara, Kentaro Kadota, Kitt Panyarat, Susumu Kitagawa, Satoshi Horike
    • 雑誌名

      Dalton Transactions

      巻: 46 号: 33 ページ: 10798-10801

    • DOI

      10.1039/c7dt02625k

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Ptナノ粒子の水性ガスシフト反応における多孔性金属錯体の被覆効果2018

    • 著者名/発表者名
      荻原直希、小林浩和、北川宏
    • 学会等名
      ナノ学会第 16 回大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Systematic Control of Water Gas Shift Reaction Activity of Pt Nanoparticles Coating with Porous Coordination Polymers2018

    • 著者名/発表者名
      Naoki Ogiwara, Hirokazu Kobayashi, Hiroshi Kitagawa
    • 学会等名
      錯体化学会 第68回討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Water-Gas Shift Reaction Activity of Pt Nanocrystals Hybridized with Metal-Organic Frameworks2018

    • 著者名/発表者名
      Naoki Ogiwara, Hirokazu Kobayashi, Hiroshi Kitagawa
    • 学会等名
      43rd International Conference on Coordination Chemistry(ICCC 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Water-Gas Shift Reaction Activity of Pt Nanoparticles Hybridized with Metal-Organic Frameworks2018

    • 著者名/発表者名
      Naoki Ogiwara, Hirokazu Kobayashi, Hiroshi Kitagawa
    • 学会等名
      Americas International Meeting on Electrochemistry and Solid State Science (AiMES 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Water-Gas Shift Reaction Activity of Pt Nanocrystals Covered with a Metal-Organic Framework2018

    • 著者名/発表者名
      Naoki Ogiwara, Hirokazu Kobayashi, Hiroshi Kitagawa
    • 学会等名
      日本化学会 第98春季年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2017-05-25   更新日: 2024-03-26  

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