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選択的分子捕捉と信号伝達の両者を担う革新的ナノポア配位高分子シートセンサの創製

研究課題

研究課題/領域番号 23K17865
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分28:ナノマイクロ科学およびその関連分野
研究機関大阪公立大学

研究代表者

牧浦 理恵  大阪公立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (30457436)

研究期間 (年度) 2023-06-30 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2024年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
キーワードナノシート / ナノ材料 / 表面・界面 / 多孔性材料 / metal-organic framework / MOF / 導電性 / 電子物性 / 界面 / 配位高分子 / センサ
研究開始時の研究の概要

本研究では、細孔への分子吸着により電子状態が段階的・可逆的に変化する多孔性ナノシートを開発する。このようなナノシートにおいては、サイズの定まった細孔がガス・生体分子やイオンなどを認識し、逐次段階的に電子状態が変化する。そのため、電気伝導性やスピン物性を評価することにより、存在する分子の種類・量を精密に把握でき、高選択・高感度極薄センサデバイスとしての利用が期待される。

研究実績の概要

本研究では、細孔への分子吸着により電子状態が段階的・可逆的に変化する多孔性ナノシートを開発する。このようなナノシートにおいては、サイズの定まった細孔がガス・生体分子やイオンなどを認識し、逐次段階的に電子状態が変化する。そのため、電気伝導性やスピン物性を評価することにより、存在する分子の種類・量を精密に把握でき、高選択・高感度極薄センサデバイスとしての利用が期待される。
本研究においては、有機配位子と金属イオンから構成され、物質としての多様性および機能性に優れる配位高分子のナノシートを研究対象としている。とりわけ、トリフェニレン誘導体の一種2,3,6,7,10,11-ヘキサイミノトリフェニレン(HITP)とニッケル二価イオンで構成される配位高分子Ni3(HITP)2の高い電気伝導性に着目した。以降、研究対象とするNi3(HITP)2のナノシートをHITP-Ni-NSと称する。HITP-Ni-NSの合成に際し、気液界面における二次元特異反応場に着眼点を置き、界面反応を用いた手法におけるHITP-Ni-NSの形成過程の解明、合成条件がHITP-Ni-NSの結晶性、配向、サイズなどの形態に与える影響と電気伝導性との相関に関して、実験的評価に基づき、以下の知見を得た。
気液界面反応を利用することで、一軸配向した HITP-Ni-NSの合成に成功した。電気伝導度評価に行った結果、最大導電率0.6 S/cmを示し、トリフェニレン誘導体から成る膜厚100 nm以下の配位高分子ナノシートの中で最も高い値であった。この結果より、配向制御が電気伝導性の向上に寄与することを示した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

計画通り、多孔性ナノシートを合成し、構造解析、電気的特性評価を行い、ナノシートの形態と電気特性に関する相関の知見を得ている。

今後の研究の推進方策

候補とする分子が目的とするナノシートを形成するかの予備判断として、同じ構成要素を用いてバルク結晶を合成し構造を調べる。バルク結晶が層状構造を有する場合には、気液界面においてナノシートを形成する可能性が高い。バルク結晶は水熱合成法、再結晶法、溶液拡散法を用いて行う。既設のインピーダンス測定装置により得られた結晶の電気的特性を調べる。

報告書

(1件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 1件、 招待講演 3件) 備考 (1件) 産業財産権 (2件)

  • [雑誌論文] Assembling Triphenylene-Based Metal?Organic Framework Nanosheets at the Air/Liquid Interface: Modification by Tuning the Spread Solution Concentration2023

    • 著者名/発表者名
      Tachimoto Kazuaki、Ohata Takashi、Takeno Kanokwan Jumtee、Nomoto Akihiro、Watanabe Takeshi、Hirosawa Ichiro、Makiura Rie
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 39 号: 26 ページ: 8952-8962

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.2c02685

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Tunable electrical conductivity in covalent organic frameworks by intercalation of electron acceptor molecules2023

    • 著者名/発表者名
      Toda Shintaro、Takeno Kanokwan Jumtee、Makiura Rie
    • 雑誌名

      Journal of Physics and Chemistry of Solids

      巻: 181 ページ: 111512-111512

    • DOI

      10.1016/j.jpcs.2023.111512

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Air/liquid interfacial formation process of conductive metal?organic framework nanosheets2023

    • 著者名/発表者名
      Ohata Takashi、Nomoto Akihiro、Watanabe Takeshi、Hirosawa Ichiro、Makita Tatsuyuki、Takeya Jun、Makiura Rie
    • 雑誌名

      Journal of Colloid and Interface Science

      巻: 651 ページ: 769-784

    • DOI

      10.1016/j.jcis.2023.05.151

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 気水界面を利用した多孔性分子ナノシート結晶の創製2024

    • 著者名/発表者名
      牧浦理恵
    • 学会等名
      コロイド先端技術講座2023 柔らかい多孔性材料;その構造と機能をさぐる–
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Air/liquid interfacial formation process of conductive metal-organic framework nanosheets composed of triphenylene-based ligands and Ni2+ ion2023

    • 著者名/発表者名
      Rie Makiura
    • 学会等名
      2023 JSPS-EPSRC Workshop on 2D conjugated MOFs and coordination nanosheets
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ものづくりのダイバーシティを支える表面・界面;さまざまな個性の理解が未来を拓く〜「ヘテロなナノ構造たちの融合による エネルギー材料の創製」2023

    • 著者名/発表者名
      牧浦理恵
    • 学会等名
      第11回CSJ化学フェスタ, タワーホール船堀
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ナノサイズ化で制御する物質の熱膨張2023

    • 著者名/発表者名
      牧浦理恵
    • 学会等名
      JST 大阪公立大学 新技術説明会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Formation process of electrically conductive metal-organic framework nanosheets assembled at the air/liquid interface2023

    • 著者名/発表者名
      Rie Makiura
    • 学会等名
      The 74th Divisional Meeting of Division of Colloid and Surface Chemistry -International symposium-
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] プルシアンブルー類似体のナノスケール化による格子熱変調の制御2023

    • 著者名/発表者名
      西浦 麻里菜、牧浦 理恵
    • 学会等名
      第74回コロイドおよび界面化学討論会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Formation process of electrically conductive metal-organic framework nanosheets assembled at the air/liquid interface2023

    • 著者名/発表者名
      Rie Makiura
    • 学会等名
      第74回コロイドおよび界面化学討論会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Nanosize control of positive and negative lattice elongation in Prussian Blue analogues2023

    • 著者名/発表者名
      西浦 麻里菜、牧浦 理恵
    • 学会等名
      錯体化学会 第73回討論会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Air/liquid interfacial formation process of conductive metal-organic framework nanosheets composed of triphenylene-based ligands and Ni 2+ ions2023

    • 著者名/発表者名
      牧浦 理恵
    • 学会等名
      錯体化学会 第73回討論会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] プルシアンブルー類似体におけるアルカリ金属置換がもたらす構造変化2023

    • 著者名/発表者名
      西浦 麻里菜, Prassides Kosmas, 牧浦 理恵
    • 学会等名
      錯体化学若手研究会「錯体化学若手の会夏の学校2023」
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [備考] 研究室HP

    • URL

      https://www.omu.ac.jp/eng/hybrid-nanomater/

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [産業財産権] 化合物及びそれを含んでなる発光材料2024

    • 発明者名
      辻勇人, 川本 達也, 井上哲, 牧浦理恵
    • 権利者名
      神奈川大学、大阪公立大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2024-028456
    • 出願年月日
      2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [産業財産権] 体積変化を制御可能なナノスケール金属錯体及びその製造方法2023

    • 発明者名
      牧浦理恵, 岩本歩賢, 西浦麻里菜
    • 権利者名
      大阪公立大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2023-139202
    • 出願年月日
      2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書

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公開日: 2023-07-04   更新日: 2024-12-25  

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