| 研究課題/領域番号 |
17H06237
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| 研究機関 | 大阪府立大学 |
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研究代表者 |
高橋 雅英 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20288559)
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| 研究分担者 |
岡田 健司 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30750301)
徳留 靖明 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50613296)
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| 研究期間 (年度) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| キーワード | 配向ナノ多孔性薄膜 / 電荷分離 / 金属吸着 |
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| 研究実績の概要 |
金属有機構造体（MOF）を電子・光学材料として用いる方法として、MOFの細孔内への機能性分子や、金属、機能性ポリマーの導入が挙げられる。デバイススケールで配向したMOF薄膜の細孔内に機能性材料を導入し、デバイス化を達成することは一つの重要な応用である。例えば、プロトン伝導性や電子伝導性を示すポリマーを配向したMOFの細孔内で形成することで、薄膜面内の異方的な物性を利用し、優れた特性を示すトランジスタへの応用展開が期待できる本提案では、我々の報告しているナノ水酸化物結晶表面におけるMOFヘテロエピタキシャル成長を用い、配向性MOF薄膜の合成手法と化学的多様性を確立する。さらに、配向性MOF薄膜の電子的、光学的応用を開拓することを目的とする。本年度は、配向性MOFの化学的多様化：金属種、有機配位子、結晶構造の多様化、結晶子サイズの制御を目的として研究を進めた。その結果、MOF配向膜の結晶子サイズを、100nmから20μmまで大きくすることに成功した。最新の結果では、粒界の存在しない、連続膜の形成にも成功している。また、膜の連続性が向上したことで、ハンドリング可能なMOF配向独立膜の形成にも成功した。これらの成果は、20種程度のMOFで実現している。これらの配向膜を下地として用いることで、MOFの配向性多層膜の形成にも成功した。ジピリジン基を有するリンカーを用いることで、イオン吸着性を有する配向MOF多層膜を形成できた。吸着金属イオンを還元することで、MOF内に金属ナノ粒子を内包した機能性MOFを実現できている。金属ナノ粒子は、ジピリジン基を有するMOF層内のみで形成しており、多層化の特徴を利用したMOF層間での電子移動などの応用を目指して研究を進めている。
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| 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
配向独立膜や配向多層膜を実現したことで、来年度以降に予定している、「配向性に菌下機能開拓」の下地が整った。
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| 今後の研究の推進方策 |
配向した細孔は様々な応用への利用が想定される。特に、細孔へ機能性物質を導入することで、機能性を付与するアプローチに本手法のアドバンテージがあると確信している。そこで、本研究項目では、「細孔内の金属、機能性分子、高分子、イオンによる化学修飾」および「配向性ナノ物質合成の鋳型としてMOFの利用」を実現するために、以下の研究項目について達成目標を示す。
MOFの特徴である化学的、物理的に多様なミクロ孔を利用して、本研究項目では、配向したミクロ孔内での金属粒子の形成、機能性高分子の重合、機能性分子や金属イオンの固定化を行い電子的あるいは光学的機能性を付与することにある。MOFの特徴は数nm以下のミクロ領域で細孔が配向していることにある。配向性MOF薄膜の場合、MOF結晶子間でも結晶学的に方位がそろっていることが特徴となる。よって、実用的なインチスケール以上の基板上で方位がそろった細孔を利用可能となり、細孔内を金属微粒子、機能性高分子、機能性分子や金属イオンで機能化することにより、様々な機能の増幅が期待される。
電子機能性：細孔内で導電性・半導性高分子を合成、あるいは、半導性有機分子を細孔内に含浸することで、面内に異方的な電子特性を示すMOF薄膜を実現する。
光機能性：細孔内で金属微粒子を形成する、光機能性分子を細孔内に方位をそろえて含浸することにより、MOF結晶の方位(細孔の方位)に依存した光学特性が実現できる。特に、プラズモンを利用した増幅光機能性や光学的な異方性による非線形光学特性の向上を期待している。また、光機能性分子や金属イオンを細孔内に固定化することで、ミクロスケールで機能性物質間を規則正しく配列させることが可能であり、エネルギー移動や電子移動に起因する高い光機能性をより強く引き出す設計が可能となる。
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