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2011 年度 実績報告書

有機-無機複合体を基盤とした分子・イオンの凝縮・変換システムの創製

研究課題

研究課題/領域番号 22310058
研究機関東京大学

研究代表者

内田 さやか  東京大学, 大学院・総合文化研究科, 准教授 (10361510)

キーワードナノ材料 / 複合材料・物性 / 自己組織化 / 触媒・化学プロセス
研究概要

本研究は、金属の核数と距離が精密に規定されたポリオキソメタレートアニオン(=無機ユニット)と対カチオン(=有機ユニット)との複合化による機能性固体の構築を、サブナノ~ミクロンレベルで行うことを目的としている。無機物の持つ機能性(主に凝縮(吸着)・変換サイト)と有機物の持つ構造設計性(親水性/疎水性、構造柔軟/堅固、動的自由度の導入)の協奏による新奇な機能(吸着分離、吸蔵、触媒、イオン伝導、磁性、電子材料)の開発に重点をおいている。平成23年度は、オレフィンや二酸化炭素を高選択的に吸着する多孔性固体、形状選択的に酸反応や酸化反応が進行する複合体触媒、の開発を行った。特に前者では、ポリオキソメタレートアニオンとハロゲンを導入したマクロカチオンとの複合化により多孔性イオン結晶を得た。複合体は一次元細孔を有しており、細孔壁には電気陰性度の高い酸素やハロゲンが露出していた。複合体を室温真空排気処理すると、ほぼ構造を保持したまま結晶水が脱離し、ゲストフリー相が得られた。複合体の吸着特性を検討した結果、エチレン/エタン、プロピレン/プロパンの吸着量の比はそれぞれ6.1と3.6と高い値を示した。13C-MASNMR、DFT計算、モンテカルロ計算により、エチレンのπ電子と電気陰性度の高いマクロカチオンのハロゲンやポリオキソメタレートの酸素との間に強い静電的相互作用が働いていることが示唆され、無機ユニットと有機ユニットとの協奏により機能が発現したといえる。

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

本研究は、金属の核数と距離が精密に規定されたポリオキソメタレートアニオン(=無機ユニット)と対カチオン(=有機ユニット)との複合化による機能性固体の構築を、サブナノ~ミクロンレベルで行うことを目的としている。平成22年度~23年度の成果として、(i)イオン交換により分子吸着能が変化する多孔性固体、(ii)形状選択的に酸化反応や酸反応が進行する複合体触媒、(iii)オレフィンや二酸化炭素を高選択的に吸着する多孔性固体、の開発を行った。いずれも、分子やイオンの「凝縮ユニット」と「変換ユニット」の集積化によるエネルギー操作システムであり、研究目的にかなっている。

今後の研究の推進方策

最終年度である平成24年度は、より高難度な吸着分離、触媒、イオン伝導機能の開発を行う。具体的には、(i)水素吸蔵材料,酸素/窒素分離材料,二酸化炭素/メタン分離材料の創製、(ii)微小空間内での不活性分子(二酸化炭素等)の活性化、(iii)高いイオン識別能を有するイオン交換体の創製、(iv)中温作動プロトン伝導体の創製、に焦点を絞る。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (6件)

  • [雑誌論文] Selective Sorption of Olefins by Halogen-Substituted Macrocation-Polyoxometalate Porous Ionic Crystals2012

    • 著者名/発表者名
      S. Uchida, R. Eguchi, S. Nakamura, N. Kurosawa, N. Mizuno
    • 雑誌名

      Chem. Mater

      巻: 24 ページ: 325-330

    • DOI

      DOI:10.1021/cm202976e

  • [雑誌論文] Highly Selective CO2 Sorption : Inverse and High CO2/C2H2 Sorption Selectivity in Fiexible Organic-Inorganc Ionic Crystal2012

    • 著者名/発表者名
      R.Eguchi, S.Uchida, N.Mizuno
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 51 ページ: 1635-1640

    • DOI

      10.1002/anie.201107906

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Three-Dimensional Ordered Arrays of 58x58x58A Hollow Frameworks in Ionic Crystals of M2Zn2-Substituted Polyoxometalates (M=Co, Ni, Zn)2012

    • 著者名/発表者名
      K.Suzuki, Y.Kikukawa, S.Uchida, H.Tokoro, K.Imoto, S.Ohkoshi, N.Mizuno
    • 雑誌名

      Inorganic Chemistry

      巻: 51 ページ: 775-777

    • DOI

      10.1002/anie.201107041

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ionic Crystals [M3O(OOCC6H5)6(H2O)3]4[α-SiW12O40] (M=Cr, Fe) as Heterogeneous Catalysts for Pinacol Rearrangement2012

    • 著者名/発表者名
      S.Uchida, A.Lesbani, Y.Ogasawara, N.Mizuno
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 51 ページ: 1635-1640

    • DOI

      10.1021/ic2025186

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Tritium Removal from Tritiated Water using Mesoporous Silica2011

    • 著者名/発表者名
      A.Taguchi, R.Akai, M.Saito, Y.Torikai, M.Matsuyama, M.Ogura, S.Uchida
    • 雑誌名

      Fusion Science and Technology

      巻: 60 ページ: 1395-1398

    • 査読あり
  • [学会発表] ハロゲンを導入したポリオキソメタレート複合体の創製とその選択的オレフィン吸着特性2012

    • 著者名/発表者名
      内田さやか・江口諒・仲村慎之介・黒澤範行・水野哲孝
    • 学会等名
      日本化学会第92春季年会
    • 発表場所
      慶応大学、横浜
    • 年月日
      2012-03-27
  • [学会発表] 分子の吸着・分離・反応場となる有機-無機イオン結晶2012

    • 著者名/発表者名
      内田さやか
    • 学会等名
      第12回規則性多孔体研究会セミナー
    • 発表場所
      東京大学、東京(招待講演)
    • 年月日
      2012-01-11
  • [学会発表] ポリオキソメタレートを基盤とした機能性固体の創製2011

    • 著者名/発表者名
      内田さやか
    • 学会等名
      第4回ワークショップ固体材料合成および評価技術の新展開
    • 発表場所
      プラザホテル吾妻、福島(招待講演)
    • 年月日
      2011-09-13
  • [学会発表] Hierarchical Design and Synthesis of Polyoxometalate-Based Functional Ionic Crystals2011

    • 著者名/発表者名
      S.Uchida, N.Mizuno
    • 学会等名
      France-Japan Coordination Chemistry Symposium 2011
    • 発表場所
      レンヌ大学、レンヌ、フランス(招待講演)
    • 年月日
      2011-07-01
  • [学会発表] 金属酸化物クラスターを基盤とした機能性固体の創製2011

    • 著者名/発表者名
      内田さやか
    • 学会等名
      大阪府立大学ナノ科学・材料人材育成拠点第19回セミナー
    • 発表場所
      大阪府立大学、大阪(招待講演)
    • 年月日
      2011-06-13
  • [学会発表] 分子の貯蔵・分離,変換場となるポリオキソメタレート複合体の創製2011

    • 著者名/発表者名
      内田さやか
    • 学会等名
      第9回ナノ学会・ナノサイエンススクール
    • 発表場所
      北海道大学、札幌(招待講演)
    • 年月日
      2011-06-04

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公開日: 2013-06-26  

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