| 研究課題/領域番号 |
19H02734
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
松田 亮太郎 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (00402959)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | ナノポーラス金属錯体 / 吸着 / クラスター / MOF / ナノ空間 |
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| 研究実績の概要 |
自然界の多くの物質は粒子等の「構成単位」が複数集まることによって、高次の集合体となり、より複雑な機能を発現する。この集合化現象には金属ナノ粒子や水分子のクラスレートのように、ある「特定の数(マジックナンバー)」の構成単位が集合化し、特異的性質を発現する物質が存在し、この特定の数は、高度な機能を発現するうえで重要であることが多い。我々はこれまでに、あるNP錯体において、ナノ空間表面に吸着のトリガーとなる官能基を配置すると、そのナノ空間内にアセチレン6分子の分子クラスターが形成し、特定の圧力で急激にアセチレンが吸着されることを見出している。しかしながら、気体クラスター形成のためにナノ空間に求められる要素の体系的な理解や、気体クラスターの熱力学的な基礎研究はまったく不十分である。また、気体分離などの機能展開への検討は全く行われていない。これをふまえ、当該年度は標準状態で気体である、二酸化炭素等を用いてクラスター型吸着に関して検討を行った。
１．ハロゲン類を細孔表面に持つ錯体の疑似ゲート効果：ハロゲン類、ナノ空間の表面に有するナノポーラス金属錯体を合成し、ハロゲンと二酸化炭素との相互作用を起点としたクラスター型吸着によって疑似的なゲート効果を示すことを見出した。また、この成果を国際論文に発表した。
２．吸着空間の静電場の解析検討：ナノポーラス金属錯体の粉末X線回折パターンからナノ空間の静電場を明らかにするための解析を行うため、予備的実験結果を得ることができた。
３．オープンメタルサイトを起点とした、クラスター型吸着の検討：
硫黄成分を有するゲスト分子に対して、オープンメタルサイトを起点としたナノポーラス金属錯体を用いて、特異的吸着機構を見出し、国際論文に発表した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
ナノ空間の表面に配置したハロゲン原子がクラスター型吸着を誘起することは当初予測していなかったものである。それを発見し国際誌に論文発表でき、非常に大きな成果を得ることができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度は以下の課題２および３を中心に検討を進める。
課題２：分子クラスター形成のための静電場の検討
我々は、グリッド型NP錯体の細孔空間の静電場を可視化するなど、これまでに放射光を用いた実験でナノ空間の静電場の可視化を行ってきた。この知見を踏まえ、様々なNP錯体に関して静電場を可視化し、静電場の勾配と分子配列の関係を明確化し、クラスター型吸着が可能な静電場に関するデータ収集を行う。
課題３：連鎖分子活性化によるクラスター形成の検討
同じ炭素数の飽和炭化水素と不飽和炭化水素の分離は極めて困難であり、学術的にも産業的にもその注目度は高い。この命題に対して、不飽和結合の連鎖的な活性化、すなわちリビングラジカル重合や超分子重合の概念をクラスター化へ適応することを検討する。我々は、すでにナノ空間中にラジカルやカルベン、ナイトレンなどの活性種を光照射によって生成させることに成功している。アルカリハライドを細孔表面に導入し光照射によって、活性種を発生させ、これを起点として、不飽和結合部位を連鎖的に多分子層まで活性化させる。不可逆的な共有結合でクラスターを安定化させてしまうと、脱着できないと考えられる。そこで、逆反応が可能な状態にクラスターをとどめておく工夫として、立体的制約の大きな1次元空間を基盤に空間設計を行う。
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