| 研究課題/領域番号 |
20F20074
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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 | 外国 |
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| 審査区分 |
小区分26030:複合材料および界面関連
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
北川 進 京都大学, 高等研究院, 特別教授 (20140303)
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| 研究分担者 |
SHIVANNA MOHANA 京都大学, 高等研究院, 外国人特別研究員
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-24 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2021年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2020年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
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| キーワード | 多孔性配位高分子 / 分離材料 / ナノ空間化学 / 錯体化学 / 分離機構 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
柔軟性を有する多孔質材料の科学を発展させ、ガス分子による「ゲートオープン現象」を利用した新しいガス吸着分離材料の創成に挑む。これまで、配位高分子（MOF）の細孔を用いて多成分のガスから選択的にガスを分離できた研究例は未だに多くなく、具体的な設計指針も示されてこなかった。本課題では、MOF材料を基盤とした薄膜の複合材料を用いて新しいガス分離材料の創出を実現する。より具体的には、複数の選択的な吸着サイトを有するMOF材料を組み合わせた膜材料の創出により、これまで誰も成しえなかった複数ガスの高選択的な精製手法の開発に挑む。
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| 研究実績の概要 |
多孔性配位高分子(Porous Coordination Polymers: PCP)は、金属イオンと多座配位子からなる結晶性を有した無機－有機ハイブリッド材料であり、活性炭やゼオライト等に続く新しい多孔性材料として近年盛んに研究が行われている材料群である。本研究では複数混合系からの単成分を効率的な分離を可能とする材料開発を目的とした。
本共同研究ではまず、材料の開発を行った。その中で、二次元レイヤー構造を有する[Zn(SiF6)(bpe)]を新規に見出した。[Zn(SiF6)(bpe)]の吸着特性を調べると、アセチレン吸着に対して多段階の可逆的な構造変化を伴う吸着のステップがあることがわかった。ガス導入下におけるX線回折測定実験や理論計算による検討から、吸着に伴う構造変化の機構について詳細な検討を行い、高い親和性を有するアセチレン吸着の機構を解明した。この材料は、従来難しいと知られてきた二酸化炭素やエチレンの混合ガスからのアセチレン分離を可能とすることがわかった（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 133, 20546.）。この発見を基盤として、さらに構造の局所的な柔軟性を活用した分離材料や、骨格に電子供与性分子を取り入れた柔軟構造を有する分離材料の開発も行った。開発したこれらの材料はどちらも、ゲスト選択的なゲートオープン型の吸着挙動や、大きなヒステリシスを伴うガス吸着など、非常に興味深いガス吸着挙動を示すことがわかった。これらの材料のガス吸着分離性能の構造や機構についても、X線構造解析やガス分離性能評価装置を用いて詳細に解析を行った。これらの成果を纏めて２報の論文を2022年内に投稿予定である。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和3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 |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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