研究課題
本申請研究では、自身が見いだした「ナノスケールで近接する疎水界面近傍で静電相互作用は増強される」現象を利用し、これまで実現が困難であった新たな機能性表面を開発することを目的とする。具体的には、「ハイドロゲルの接着・摩擦制御」、「pH可変固体酸触媒」、「高い物質選択性を有するナノチャネル」の開発に挑戦する。これらは物質界面での分子間相互作用を制御することにより実現可能であると考えられるが、界面における相互作用の理解が進んでいないが故に開発が困難であった。申請者は表面化学・超分子化学・有機合成化学を駆使してこの難題に挑む。三年目である平成30年度は、内壁がフッ素で覆われたナノチャネルの開発研究を引き続き行った。昨年度不純物を完全に除いたマクロサイクルでつくるナノチャネルが過去に報告されている最大の水透過能をもつカーボンナノチューブの水透過能をも凌駕するものであったことが明らかとなった。本年は得られた4種類のマクロサイクルによるナノチャネルを用いた詳細な水透過能の試験を行った。その結果、最も小さい内径をもつマクロサイクルが最も大きな流束をもつという大変興味深い結果を得た。これは通常のHagen-Poiseuille流れでは説明できない結果であり、今後さらなる検討によりナノスケールの管の流体力学に対して新しい知見を与えるものと期待される。また、これらナノチャネルに関してイオン透過能の試験を行ったところ、最も小さいナノチャネルは他のチャネルに比べて小さいイオン透過能を有していることが明らかとなった。これらの結果は、高い流速を保ったまま脱塩処理が可能な高効率海水淡水化膜へとつながる結果であると考えている。
1: 当初の計画以上に進展している
実験開始当初、過去に報告されている最大の水透過能をもつカーボンナノチューブの水透過能をも凌駕する結果になるとまでは予想していなかったことと、種々のサイズの内径をもつマクロサイクルを検討した結果、小さい内径をもつナノチャネルがイオン排除能が高くかつ流束も高いという予想外の結果を得ることができた。これは高効率海水淡水化膜としては理想的な条件であり、今後のさらなる発展につながる。
今回発見された高いイオン除去能をもつ小さいナノチャネルは、まだイオン排除能に改善の余地がある。今後は内径がフッ素で覆われたさらに小さいマクロサイクルの合成を行い、完全なイオン排除及びさらなる高速水透過を実現するナノチャネルをめざしていきたい。
すべて 2019 2018
すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 11件、 招待講演 2件)
Phys. Rev. Mater.
巻: 2 ページ: 031801
10.1103/PhysRevMaterials.2.031801
J. Am. Chem. Soc.
巻: 140 ページ: 10946-10949
10.1021/jacs.8b06323
