π空間設計によるメタン籠の創成

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 16K14068
• 研究機関: 国立研究開発法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 石原 伸輔 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 主任研究員 (30644067)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: メタン / 包接 / 吸着 / 分子カプセル / 超分子

研究実績の概要

メタンは燃焼ガス中の有害物質が少なく、将来国内生産が期待される（メタンハイドレードなどから）次世代化学エネルギーであるが、輸送には高圧ボンベを用いるしかなく、一般社会に広く普及させるには安全性に問題がある。メタンは化学的反応性に乏しく、メタンを選択的に吸着できる材料の設計指針はこれまでのところ見出されていない。本研究では、メタンと吸着材料間の相互作用を最大化することで、これまでにない革新的メタン吸着材料を創成することを目的としている。メタン吸着材料が実現できれば、水素貯蔵合金のように、可燃性ガスを低圧で安全に輸送するための手段を社会に提供できる。
メタンを高選択的に吸着するホスト化合物の設計を行うため、候補となる分子を8種類選択し、DFT計算を用いて、その集合構造および、集合安定性の見積もりを行った。集合構造が安定であることが予想された化合物の合成に着手する一方で、より合成の簡便なモデル化合物についても合成を行い、溶解性や、X線単結晶構造解析による構造解析を行った。モデル化合物は水に溶解可能であったことから、１H-NMRを用いて水溶液中でのメタンの包接を試みたが、メタンの包接は見られなかった。一方で、モデル化合物の単結晶構造は、化合物3つが集合して、一次元状のチャネルを構築しており、チャネル内には、結晶化に用いたアセトン分子が充填されていた。モデル化合物の構造を更に改変していくことで、本課題の目的であるメタン吸着分子の創成に近づけ得ると考えている。

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

最終目的となるメタン吸着分子は得られていないが、DFT計算、モデル化合物の合成と解析によって有望な結果が得られているため。次年度では、最終化合物の合成を加速し、当該研究の目的を達成したい。

今後の研究の推進方策

初年度にDFT計算およびモデル化合物から得られた結果をもとに、メタンを吸着する最終目的化合物の合成を力強く進める。

次年度使用額が生じた理由

当初購入を予定したいた計算化学用パソコンの購入を見送ったため。

次年度使用額の使用計画

物品費としてノートパソコンの購入、人件費として研究業務員の雇用を予定している。