| 研究課題/領域番号 |
20H02575
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分28030:ナノ材料科学関連
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| 研究機関 | 大阪公立大学 (2022)
大阪府立大学 (2020-2021) |
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研究代表者 |
久保田 佳基 大阪公立大学, 大学院理学研究科, 教授 (50254371)
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| 研究分担者 |
松田 亮太郎 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (00402959)
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, 主幹研究員 (10749972)
石橋 広記 大阪公立大学, 大学院理学研究科, 准教授 (70285310)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円)
2022年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2021年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2020年度: 10,790千円 (直接経費: 8,300千円、間接経費: 2,490千円)
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| キーワード | 多孔性配位高分子 / MOF / ガス吸着 / 放射光粉末回折法 / 結晶PDF解析 / 放射光粉末回折 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
多孔性配位高分子（PCP）は、その優れたガス吸着特性と高い設計性からこの20年ほど大変活発な研究が展開されている。Interdigitate型構造を持つPCPは吸着開始圧力の閾値（Gate-Open圧力）を持ち、それはガス分子の種類や骨格構造を構成する配位子により異なるが、Gate-Open圧力を決定する因子は未だ明らかにされていない。本研究では、高輝度放射光を用いた精密結晶構造解析とＸ線全散乱による結晶PDF解析を駆使して、PCPのガス吸着現象を平均構造と局所構造の両側面から捉え、吸着開始時から飽和吸着に至るまでの骨格構造の変化を明らかにすることを目的とする。
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| 研究成果の概要 |
多孔性配位高分子のガス吸着に伴う結晶構造の変化を放射光粉末回折法により調べた。多段の吸着等温線を持つCID-35のアセチレン吸着構造を明らかにした。ガス圧力増加に伴い、構造ユニットの間隔増加とスライド、ピラー分子の回転が連動して柔軟に骨格構造が変化し、さらにアセチレン分子間の相互作用も寄与して段階的な安定状態ができていると示唆された。また、CPL-1のCO2吸着におけるミリ秒オーダーの時間分解粉末回折実験を行い、吸着相の時間発展を動力学モデルで解析することにより、吸着初期に2段階の過程があることが分かった。以上のように多孔性配位高分子のガス吸着過程の構造変化に関する知見を得ることができた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
多孔性配位高分子は骨格構造を変形しながらガス分子を取り込む点が極めて重要な性質である。回折法によりガス吸着前後の静的な結晶構造は明らかにされてきたが、ガス吸着過程の動的な結晶構造はほとんど解明されていない。本課題で時間分解粉末回折法によりガス吸着相の時間発展と同時に結晶構造の変化を捉えることができたことは大きな進展である。本研究の結果は、多孔性配位高分子の機能を理解し、さらに応用に繋げる上で有用な情報となり得る。例えば、圧力スイング法によるガス分離では、骨格構造の変形やリガンドの変化がどのように起こっているかを知ることにより、より優れたガス分離能を持つ物質の設計・合成に繋がると期待される。
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