ミセル頭部の高密度性と選択性を利用した構造転写による二次元官能基場の創生

• 研究課題/領域番号: 18K05271
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分36010:無機物質および無機材料化学関連
• 研究機関: 横浜国立大学
• 研究代表者: 吉武 英昭 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (20230716)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2018年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: メソ構造 / 界面活性剤 / ヒ素吸着 / エステル交換反応 / シルセスキオキサン / 塩基触媒 / 鉄触媒 / 吸着 / ヒ素 / 金触媒 / ミセル頭部 / 型剤構造転写 / イオン吸着 / イオン導電体 / 酸塩基触媒

研究成果の概要

高分子には吸着点、反応点、活性点となる官能基を高密度に導入できるが、分子鎖が凝集し、多くの官能基が露出しにくい。本研究では高密度と全露出を共に実現が①官能基鎖の運動自由度、内部自由度の抑制、②固い骨格構造、③メソ構造規則性の三要素に還元されることに着目、界面活性剤ミセルと官能基を有するシランとの選択結合を活用して、骨格を成すシリカ前駆体と共縮合、様々なメソ構造性固体を調製し、吸着特性、触媒反応性を検討した。その結果、従来よりはるかに大きな吸着容量、触媒反応性が実現した。特に飲料水の浄化のためのヒ酸イオンの吸着、バイオ燃料合成のためのエステル交換反応では目覚ましい結果が得られた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

地球の資源利用の最適化として究極のアプローチは、原子当たりの物質の高機能化である。これは原子当たりあるいは単位重量当たりで吸着量、触媒活性、電流などを表すことで比較できるため、一般に理解が簡単な指標を提供する。高分子では適当な官能基を欲しい位置に導入することが比較的簡単なため、高い密度で吸着点や触媒活性点を導入することが可能であるが、分子間力で凝集しやすいため多くの場合これらの官能基は外部に露出しない。本研究では構造規則性が高く、硬いメソ構造をもつ骨格上に運動が制限された官能基を高密度に分布する合成手法を展開、高吸着容量、高触媒活性を実現することに成功した。