| 研究課題/領域番号 |
20K21240
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| 研究機関 | 大分大学 |
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研究代表者 |
近藤 篤 大分大学, 理工学部, 准教授 (60533619)
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| 研究期間 (年度) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| キーワード | MOF / 吸着 / 酸素 |
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| 研究実績の概要 |
多孔質材料は、酸素や窒素といった小分子を吸着できる特性を有する。特に、細孔がナノメートルオーダーになると、細孔空間は強く分子を引き付ける場となる。そのようなナノ空間をもつ結晶性材料としてゼオライトなどが挙げられるが、小分子の分離を目的としたそれらの多孔質材料開発の研究が盛んにおこなわれている。本研究では一から構造を設計・構築できる結晶性多孔質材料metal-organic framework (MOF)もしくはPorous coordination polymerに着目し、酸素を選択的に吸着できる多孔性材料の特徴を明らかにすることを目指している。酸素などのガス分子とMOFとの相互作用の可視化のために、結晶構造をベースとした金属イオンを含むモデル構造を用いて量子化学計算を行う。次に、計算により得られた知見を活用して、酸素分離に効果的な作用を発現する金属イオンを含むMOFを合成し、酸素分離能を評価する。
本年度は、前年度に引き続き量子化学計算を進めることで、酸素や窒素に対して相互作用の異なる金属イオン種を複数明らかにすることに成功した。エネルギー計算を行うにあたり電子スピンが重要であるため、スピンの状態を適宜変更して計算を行い、評価した。また、酸素に対して相互作用が大きいと考えられる金属を含むMOFを合成し、組成評価や結晶評価を行い、目的とする材料が得られていることを確認した。次年度は、これらの合成されたMOFを用いて吸着等温線測定等を行うことで、実材料の酸素吸着特性を評価していく予定である。
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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
前年に引き続き、酸素などのガス分子と金属イオンを含むMOFのモデル構造を用いて量子化学計算を行った。金属イオンを変えることで、酸素や窒素のbinding energyに差が見られ、酸素もしくは窒素の吸着に有効な金属イオンが見いだされつつある。さらに、いくつかの金属種を含むMOFの合成に着手し、XRD等により目的材料が得られていることを確認している。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は以下の項目を検討する。
１．酸素および窒素のガス吸着等温線を測定する。
２．吸着等温線データを解析することで、酸素選択性を算出する。
３．酸素や窒素以外の空気中に含まれる化学種に対する量子化学計算を行う。
４．混合ガスを用いたガス分離特性を評価する。
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