新規な多孔質結晶「スポンジ結晶」の特異な生成原理による分子ふるい分離膜機能の創出

2022 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20K21239
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分36:無機材料化学、エネルギー関連化学およびその関連分野
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 犬丸 啓 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 教授 (80270891)
• 研究期間 (年度): 2020-07-30 – 2023-03-31
• キーワード: 多孔体 / sponge crystal / epitaxial self assembly / mesocrystal

研究成果の概要

結晶性ナノ粒子の集合体全体が単結晶としての秩序を獲得する現象（Epitaxial Self-Assembly）を我々が見出し（Chem. Lett., 1996; J. Phys. Chem., 1997），これは「メソ結晶(mesocrystal)」の概念(Colfenら，2005)に先駆けた発見であった．さらに我々は多孔質単結晶の新たな概念「スポンジ結晶」を提出した(Catal. Surv. Asia, 2006)．本研究では，我々の発見から四半世紀を経て，(NH4)4SiW12O40スポンジ結晶の原子・分子レベルの細孔構造が実証された．さらに分離膜を目指した機能開拓で進展が見られた．

自由記述の分野

無機材料化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

我々の発見後，Cs4SiW12O40の構造に関する報文がいくつか報告されているが，スポンジ結晶の細孔構造そのものを原子・分子レベルで明らかにするには，細孔径分布を直接捉え，結晶構造と比較して議論することが必須であった．本研究では，長年未踏であったこの課題にスポンジ結晶の発見者である我々が自ら到達することができた．
以上，本研究により，ゼオライトやALPOに代表される多孔質単結晶の科学に，スポンジ結晶の科学と化学が，原子・分子レベルのより詳細な理解とともに書き加えれられ，全体が単結晶の秩序を持ちながら内部に柔軟な細孔構造をもつ「スポンジ結晶」の新たな物質・材料科学のさらなる展開の端緒が得られた．