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2019 年度 実績報告書

振動励起による自己集合マニュピレーション

研究課題

研究課題/領域番号 18K19085
研究機関北海道大学

研究代表者

平井 健二  北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (10754400)

研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2020-03-31
キーワード振動強結合 / ラビ分裂 / 多孔性配位高分子 / 結晶化
研究実績の概要

本研究では、溶媒分子の振動強結合を利用し、結晶化を含む自己集合現象の制御を目的としている。2年目は光共振器を用いて、溶媒分子である水分子の振動強結合状態をつくり出し、多孔性配位高分子(MOF)の結晶化に与える影響を検討した。
まず、亜鉛イオンと2-メチルイミダゾールを含む水溶液を、光共振器の中に導入した後、赤外吸収スペクトルの測定を行った。溶媒である水分子のOH伸縮振動と共振器モードの準位が一致した時に、OH伸縮振動が強結合状態となり、エネルギー準位の分裂(ラビ分裂)が観測された。この状態で、溶液を静置すると、自己集合が進みZIF-8の結晶が得られた。一方、同様の水溶液を光共振器を用いずに静置すると、ZIF-LとZIF-8の混合物が得られる。このことから、光共振器中で結晶化を行うことで、ZIF-8 が選択的に生成することが示唆された。
光共振器として機能しない閉鎖空間で溶液を静置した場合でもZIF-L とZIF-8 の混合物が得られた。また、光共振器として機能しない1 枚の反射ミラーの上で結晶化を行った場合においても、ZIF-L とZIF-8 の混合物が得られた。このことから、閉鎖空間や反射ミラーの表面の影響ではなく、光共振器中でのOH 伸縮振動の振動強結合が選択的な結晶化に影響していることが示唆された。ZIF-LとZIF-8は同一の構成要素から組み上がる配位高分子ではあるが、配位構造が異なる結晶疑似多形である。振動強結合により、選択的な結晶化が可能であることが示唆された。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件) 図書 (1件)

  • [国際共同研究] メルボルン大学(オーストラリア)

    • 国名
      オーストラリア
    • 外国機関名
      メルボルン大学
  • [雑誌論文] Modulation of Prins Cyclization by Vibrational Strong Coupling2020

    • 著者名/発表者名
      Kenji Hirai, Rie Takeda, James A. Hutchison, Hiroshi Uji-i
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 59 ページ: 5370-5373

    • DOI

      10.1002/anie.201915632

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 共振器ポラリトンを利用した多孔性配位高分子の選択的合成2020

    • 著者名/発表者名
      平井健二、石川紘人、James A. Hutchison、雲林院宏
    • 学会等名
      第67回応用物理学会 春季学術講演会
  • [学会発表] Vacuum Rabi Splitting in Molecular Chemistry: Modulation of Organic Reactions and Selective Crystallization of Metal-Organic Frameworks2020

    • 著者名/発表者名
      Kenji Hirai
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会(2020)
    • 招待講演
  • [学会発表] 共振器の化学: 反応制御~自己集合2019

    • 著者名/発表者名
      平井健二
    • 学会等名
      京都大学化学研究所・光ナノ量子物性科学セミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] 金属ナノワイヤーのMOF被覆によるサイズ選択的表面増強ラマン散乱2019

    • 著者名/発表者名
      村杉拓、平井健二、猪瀬朋子、雲林院宏
    • 学会等名
      第13回分子科学討論会
  • [学会発表] Size-selective surface-enhanced Raman scattering by MOF coating of metal nanowires2019

    • 著者名/発表者名
      Taku Murasugi, Kenji Hirai, Tomoko Inose, Hiroshi Uji-i
    • 学会等名
      The 20th RIES-HOKUDAI International Symposium
    • 国際学会
  • [図書] PCP/MOFおよび各種多孔質材料の作り方,使い方,評価解析2019

    • 著者名/発表者名
      平井健二
    • 総ページ数
      639
    • 出版者
      株式会社技術情報協会
    • ISBN
      978-4-86104-769-5

URL: 

公開日: 2021-01-27  

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