マルチスケール多孔性動的構造の可視化に向けた時間分解粉末回折法の確立

• 研究課題/領域番号: 18K18310
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分80040:量子ビーム科学関連
• 研究機関: 公益財団法人高輝度光科学研究センター
• 研究代表者: 河口 彰吾 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 回折・散乱推進室, 研究員 (10749972)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2019年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2018年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
• キーワード: その場構造計測 / 時間分解計測 / 放射光粉末X線回折 / ガス雰囲気下 / 放射光 / Ｘ線回折 / その場測定 / 時間分解測定

研究成果の概要

本研究では、ナノ機能空間へのガス吸着・脱着過程を明らかにするために、ミリ秒の時間分解能を持つガス圧力制御システムと同期し、放射光の高エネルギーX線を利用して空間分解能を向上させた高精度粉末回折データが取得可能な時間分解構造計測システムの構築をした。ガス圧力を制御した時間分解粉末回折実験により、多孔性金属錯体におけるガス吸着脱離時の骨格構造の変化を観測し、数秒で脱離構造から吸着構造へ変化することを明らかにした。また、その変化の速度はガス導入時の圧力にも依存し、それらを系統的に調べることによりガス吸着時の速度定数の算出まで成功し、その手法を確立した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本課題の放射光を用いた時間分解粉末構造計測システムは、平衡状態以外の吸着/脱着プロセスの結晶構造の変化を観測することが可能となり、ガス吸着や脱着に関わるメカニズムの理解と、ガス貯蔵、ガス分離、触媒反応のための機能性材料の合成設計指針に重要な情報が得られる期待される。さらに、本計測装置は溶媒蒸気や水蒸気にも対応可能であるため環境科学技術への応用も可能であり、本装置を活用することにより様々な機能性材料における水処理や有害気体物質や温室効果ガスなどの分離・貯蔵技術の効率向上にも期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Fast continuous measurement of synchrotron powder diffraction synchronized with controlling gas and vapour pressures at beamline BL02B2 of?SPring-8 (2020)
  • 著者名/発表者名: Kawaguchi Shogo、Takemoto Michitaka、Tanaka Hideki、Hiraide Shotaro、Sugimoto Kunihisa、Kubota Yoshiki
  • 雑誌名: Journal of Synchrotron Radiation 巻: 27 号: 3 ページ: 3692-3699
  • DOI: 10.1107/s1600577520001599
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of a Novel Time-Resolved Synchrotron-Radiation X-ray Diffraction Measurement System for In Situ Observation of Crystal Structure in Aqueous Solution during Chemical Reaction: Application to the Anion-Exchange Reaction of a Layered Double Hydroxide from Chloride to Nitrate (2019)
  • 著者名/発表者名: Sasai Ryo、Fujimura Takuya、Onda Nobuhiko、Nakayashiki Yu-to、Sumiyoshi Hidenobu、Hagura Koki、Abe Tomohiro、Moriyoshi Chikako、Kawaguchi Shogo
  • 雑誌名: Bulletin of the Chemical Society of Japan 巻: 92 号: 12 ページ: 1986-1992
  • DOI: 10.1246/bcsj.20190244
  • NAID: 130007761386
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Why Do Carbonate Anions Have Extremely High Stability in the Interlayer Space of Layered Double Hydroxides? Case Study of Layered Double Hydroxide Consisting of Mg and Al (Mg/Al = 2) (2019)
  • 著者名/発表者名: Sasai Ryo、Sato Hiroaki、Sugata Mako、Fujimura Takuya、Ishihara Shinsuke、Deguchi Kenzo、Ohki Shinobu、Tansho Masataka、Shimizu Tadashi、Oita Naoto、Numoto Mako、Fujii Yasuhiro、Kawaguchi Shogo、Matsuoka Yoshiki、Hagura Koki、Abe Tomohiro、Moriyoshi Chikako
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 58 号: 16 ページ: 10928-10935
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b01365
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phase transitions with extremely small tetragonal distortion in substitution systems of CoV2O4 by high-angular-resolution synchrotron powder diffraction (2019)
  • 著者名/発表者名: Shimono Seiya、Ishibashi Hiroki、Kawaguchi Shogo、Kubota Yoshiki
  • 雑誌名: Journal of Solid State Chemistry 巻: 273 ページ: 37-44
  • DOI: 10.1016/j.jssc.2019.02.016
  • 査読あり
• [雑誌論文] 一次元ハイブリッド型半導体検出器を搭載したハイスループット放射光粉末X 線回折システム (2018)
  • 著者名/発表者名: 河口彰吾、杉本邦久
  • 雑誌名: 放射光 巻: 31 ページ: 333-337
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemo-chromism in an orthogonal dabco-based Co(ii) network assembled by methanol-coordination and hydrogen bond formation (2018)
  • 著者名/発表者名: Shiga Misaki、Kawaguchi Shogo、Fujibayashi Masaru、Nishihara Sadafumi、Inoue Katsuya、Akutagawa Tomoyuki、Noro Shin-ichiro、Nakamura Takayoshi、Tsunashima Ryo
  • 雑誌名: Dalton Transactions 巻: 47 号: 23 ページ: 7656-7662
  • DOI: 10.1039/c8dt01220b
  • 査読あり
• [雑誌論文] The electronic state of hydrogen in α phase of the hydrogen-storage material PdH(D)x: Does a chemical bond between palladium and hydrogen exist? (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Dekura, H. Kobayashi, R. Ikeda, M. Maesato, H. Yoshino, M. Ohba, T. Ishimoto, S. Kawaguchi, Y. Kubota, S. Yoshioka, S. Matsumura, T. Sugiyama, H. Kitagawa
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 57 号: 31 ページ: 9823-9827
  • DOI: 10.1002/anie.201805753
  • 査読あり
• [雑誌論文] Incommensurate phase of the stuffed tridymite derivative BaSrFe 4 O 8 (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishii Y.、Kawaguchi S.、Asai K.、Mori S.
  • 雑誌名: Journal of Solid State Chemistry 巻: 265 ページ: 314-318
  • DOI: 10.1016/j.jssc.2018.06.007
  • 査読あり
• [学会発表] ガス吸着過程における時間分解粉末回折計測システム (2020)
  • 著者名/発表者名: 河口 彰吾 、竹本 道教、杉本 邦久、久保田 佳基
  • 学会等名: 第33回日本放射光学会年会
• [学会発表] Real-time High-resolution Powder Diffraction Measurement System under Gas pressure Control at BL02B2/SPring-8 (2019)
  • 著者名/発表者名: Shogo kawaguchi, Michitaka Takemoto, Kunihisa Sugimoto, Yoshiki Kubota
  • 学会等名: 16th Conference of the Asian Crystallographic Association
  • 国際学会
• [学会発表] Crystal structure analysis of gas adsorption state in Hofmann-type porous coordination polymers (2019)
  • 著者名/発表者名: Hirotaka Ashitani,Shogo Kawaguchi,Hiroki Ishibashi,Akio Mishima,Akihiro Hori,Ryotaro Matsuda,Yoshiki Kubota
  • 学会等名: 16th Conference of the Asian Crystallographic Association
  • 国際学会
• [学会発表] 多孔性配位高分子 CID-35 の C2H2ガス吸着状態の粉末Ｘ線結晶構造解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 渡部 友瑛・芦谷 拓嵩・河口 彰吾・大竹 研一・細野 暢彦・北川 進・石橋 広記 久保田 佳基
  • 学会等名: 日本結晶学会2019年度年会
• [学会発表] Hofmann 型多孔性配位高分子におけるガス吸着状態の結晶構造解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 芦谷 拓嵩・河口 彰吾・石橋 広記・三島 章雄・堀 彰宏・松田 亮太郎・久保田 佳基
  • 学会等名: 日本結晶学会2019年度年会
• [学会発表] Pressure-Aided Fast Gating and Thermal Management Capabilities of Flexible MOFs for CO2 Separation (2019)
  • 著者名/発表者名: Hideki Tanak, Shotaro Hiraide, Hiroshi Kajiro, Shogo Kawaguchi,
  • 学会等名: 13th International Conference on Fundamentals of Adsorption
  • 国際学会
• [学会発表] 放射光粉末回折の基礎 (2019)
  • 著者名/発表者名: 河口彰吾
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2019年年会
• [学会発表] 新規酸フッ化 新規酸フッ化 物 Fe 3Sb 4O6F6の構造 相転移 (2018)
  • 著者名/発表者名: 河口彰吾，下野聖矢，河口沙織，石井悠衣, 石橋広記, 久保田佳基
  • 学会等名: 平成30年度日本結晶学会年会
• [学会発表] 高分解能放射光粉末回折によるスピネル酸化物Co(V1-xCr x)2O4の構造相転移 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石橋広記， 下野聖矢， 河口彰吾， 久保田佳基
  • 学会等名: 平成30年度日本結晶学会年会