金属イオンドープ高分子フィルム上での多孔性有機金属錯体形成プロセスの開発

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K05655
• 研究機関: 甲南大学
• 研究代表者: 鶴岡 孝章 甲南大学, フロンティアサイエンス学部, 講師 (20550239)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 金属有機構造体 / 自己組織化 / 界面反応 / 配位結合

研究実績の概要

本研究では、金属イオンをドープした高分子基板を金属有機構造体（Metal-Organic Framewroks: MOFs)成長における前駆体かつ支持基板として、その基板上に選択的にMOFを作製する手法の開発を目的としている。
平成２８年度では、前年度に得られた知見を基に成長メカニズム解析ならびに結晶形態制御について検討した。テトラゴナルの結晶系かつ二種の有機リガンドからなるMOFを対象とし、それらのリガンド濃度を制御することで、立方晶の結晶をアミンリガンドの軸方向に伸張した立方晶の結晶を得ることに成功した(Langmuir 2016, 32, 6068)。
さらに、高分子基板上にレジストを作製し、レジストによる成長抑制について検討したところ、位置選択的にMOFが形成し、数マイクロオーダーでのMOFパターン形成にも成功した（RSC Adv. 2016, 6, 77297）。
これらの結果以外にも、ナノ粒子表面上での選択的MOF形成にも成功しており（Micropor. Mesopor. Mater. 2017, 245, 104)、最終年度の複雑な系におけるMOF形成に向けて非常に重要な知見が得られた。

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

本研究課題は３つの課題に分類されており、前年度および平成２８年度における課題である金属イオンドープ高分子基板上での選択的MOF形成およびその手法の汎用化については順調で、既に４報の論文が掲載されている状況下にあり、現在のところ当初の計画通りの進捗状況にあると考えられる。

今後の研究の推進方策

現在は、課題（３）のセンサーの構築についての検討を中心に遂行しているが、基板上でのフォトニック結晶の安定性に関して問題が発生しており、MOF形成時に如何にフォトニック結晶の規則性を保持するか、が課題となっている。これについての対応に加えて、新たな形でのセンシングシステム開発にも取り組んでおり、希土類含有MOFの形成および溶媒・温度センシングについて検討している。既にMOF形成には成功しており、これについても検討を進める。
また、研究計画にはなかったが、基板上でのMOF形成においては結晶の配向が重要なケースがあり、特異条件下においてMOF結晶の配向が揃うことを新たに見出しており、これについても同時に検討を進める。

次年度使用額が生じた理由

これまでの研究遂行において、当初の計画よりもスムーズに進行したため、消耗品など物品の購入費用が予定より少なくなっていることが理由として挙げられる。

次年度使用額の使用計画

最終年度となるが、当初の研究計画に加えて、これまでの研究遂行で生じた新たな疑問に対する研究などが生じており、当初最終年度に計上していたよりも多くの消耗品購入が必要であり、従来予定額の使用額に助成金も加えて、さらに研究を遂行する。

研究成果

• [雑誌論文] An integrated function system using metal nanoparticle@mesoporous silica@metal-organic framework hybrids (2017)
  • 著者名/発表者名: Takashi Ohhashi, Takaaki Tsuruoka, Kohei Inoue, Yohei Takashima, Satoshi Horike, Kensuke Akamatsu
  • 雑誌名: Microporous and Mesoporous Materials 巻: 245 ページ: 104-108
  • DOI: 10.1016/j.micromeso.2017.02.074
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Morphology Control of Metal-Organic Frameworks Based on Paddle-Wheel Units on Ion-Doped Polymer Substrate Using An Interfacial Growth Approach (2016)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Tsuruoka, Koji Mantani, Ayumi Miyanaga, Tetsuhiro Matsuyama, Takashi Ohhashi, Yohei Takashima, Kensuke Akamatsu
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 32 ページ: 6068-6073
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.6b01687
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Site-selective growth of metal-organic frameworks using an interfacial growth approach combined with VUV photolithography (2016)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Tsuruoka, Tetsuhiro Matsuyama, Ayumi Miyanaga, Takashi Ohhashi, Yohei Takashima, Kensuke Akamatsu
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 6 ページ: 77297-77300
  • DOI: 10.1039/c6ra18340a
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 固液界面反応による蛍光性金属有機構造体の作製 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鶴岡孝章、宮永あゆみ、大橋卓史、髙嶋洋平、赤松謙祐
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会
  • 発表場所: 慶応大学（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-19
• [学会発表] 固液界面での配位高分子形成メカニズムの解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大橋卓史、鶴岡孝章、藤本聖也、髙嶋洋平、赤松謙祐
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会
  • 発表場所: 慶応大学（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-19
• [学会発表] 固液界面における蛍光性金属有機構造体の作製 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宮永あゆみ、鶴岡孝章、髙嶋洋平、赤松謙祐
  • 学会等名: 第18回関西表面技術フォーラム
  • 発表場所: 甲南大学（兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2016-11-17 – 2016-11-18
• [学会発表] Interfacial Synthetic Approach for Constructing Metal-Organic Framework Crystals Using Metal Ion-Doped Polymer Substrate (2016)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Tsuruoka, Misato Kumano, Koji Mantani, Takashi Ohhashi, Yohei Takashima, Kensuke Akamatsu
  • 学会等名: 錯体化学会第66回討論会
  • 発表場所: 福岡大学（福岡県・福岡市）
  • 年月日: 2016-09-10 – 2016-09-12
• [学会発表] Selective Growth of Metal-Organic Frameworks on Metal Nanoparticles for Constructing Hybrid Nanostructures (2016)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Tsuruoka
  • 学会等名: EMN Meeting on Nanparticles
  • 発表場所: Peninsula Excelsior Hotel, Singapore
  • 年月日: 2016-05-09 – 2016-05-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Synthesis of Hierarchically Metal Nanoparticle/Mesoporous Silica/Metal-Organic Frameworks Nanostructures (2016)
  • 著者名/発表者名: Takashi Ohhashi, Takaaki Tsuruoka, Yohei Takashima, Kensuke Akamatsu
  • 学会等名: EMN Meeting on Nanparticles
  • 発表場所: Peninsula Excelsior Hotel, Singapore
  • 年月日: 2016-05-09 – 2016-05-13
  • 国際学会
• [備考] 甲南大学フロンティアサイエンス学部・ナノ材料科学研究室
  • URL: http://www.konan-u.ac.jp/hp/FIRST_nanomaterials/