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2022 年度 実施状況報告書

触媒ドメインの協奏的融合による高効率物質変換システムの実現

研究課題

研究課題/領域番号 22K05128
研究機関京都大学

研究代表者

大竹 研一  京都大学, 高等研究院, 特定助教 (20834823)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワード多孔性配位高分子 / 触媒 / ナノ空間化学 / 錯体化学 / 構造柔軟性
研究実績の概要

異なる多孔性配位高分子(PCP)同士の機能を協同的に発現させるような設計指針は未だに開発途上にあり、PCP-on-PCP型複合体による触媒特性の研究自体が現時点で殆ど知られていない。しかし、錯体化学を基盤とした材料であるPCPは、その骨格や細孔、ドメインサイズにおいて高い構造設計性を有しており、さらには均一な細孔を持つことによる高い基質選択制を付与することも可能である。本申請研究では、複数の分子の混合状態から選択的かつ順序良く基質を活性化して異なる反応を進行する、連携機能触媒能の開発を行い、その詳細な機構解明を通して、機能性ドメインを連携的に融合する基盤技術の確立を目指した。
2022年度は、PCP単体でのゲスト濃縮特性、ゲスト選択機能、及び触媒特性の開拓を目指し、複数の成果が得られている。触媒活性サイトとなるニトロキシルラジカルを骨格に導入した柔軟性PCPでは、骨格の柔軟性を利用した触媒反応の選択制の制御に成功した(Chem.Comm.2022)。また配位子のπスタッキングに由来する半導体特性を有するPCPでは、金属種の選択によるπスタッキング距離の制御により、ケミレジスタセンサ特性が変化することを見出した(Angew.Chem.Int.Ed.2023)。同材料は、混合金属種とすることで、NOxの還元触媒としても高い活性を有することが分かった(論文投稿準備中)。今後、開発したPCP触媒を基盤として、他のPCPとの複合化によるさらなる高機能化を目指していく予定である。

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

2022年度は、PCP単体でのゲスト濃縮特性、ゲスト選択機能、及び触媒特性の開拓を目指し、複数の成果が得られている。触媒活性サイトとなるニトロキシルラジカルを骨格に導入した柔軟性PCPでは、骨格の柔軟性を利用した触媒反応の選択制の制御に成功した(Chem.Comm.2022)。また配位子のπスタッキングに由来する半導体特性を有するPCPでは、金属種の選択によるπスタッキング距離の制御により、ケミレジスタセンサ特性が変化することを見出した(Angew.Chem.Int.Ed.2023)。同材料は、混合金属種とすることで、NOxの還元触媒としても高い活性を有することが分かった(論文投稿準備中)。

今後の研究の推進方策

本申請研究では、複数の分子の混合状態から選択的かつ順序良く基質を活性化して異なる反応を進行する、連携機能触媒能の開発を行い、その詳細な機構解明を通して、機能性ドメインを連携的に融合する基盤技術の確立を目指す。2023年度においては、2022年度までに開発を行ったMOF触媒における詳細な構造解析及び、反応機構の検討を行うことによって、機能性のさらなる向上を図る。また、PCP空間機能の融合手法を開拓することで、触媒機能の向上を目指す。本研究によって種々のPCP-on-PCPの構造や合成手法の構造相関についての詳細な知見を得られれば、異なる機能を持つPCPを集積する新たな機能素子を作成する基盤技術ともなるため、将来の様々な材料開発に大きな波及的な影響をもたらすと期待している。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] Selective sorption of oxygen and nitrous oxide by an electron donor-incorporated flexible coordination network2023

    • 著者名/発表者名
      Shivanna Mohana、Zheng Jia-Jia、Ray Keith G.、lto Sho、Ashitani Hirotaka、Kubota Yoshiki、Kawaguchi Shogo、Stavila Vitalie、Yao Ming-Shui、Fujikawa Takao、Otake Ken-ichi、Kitagawa Susumu
    • 雑誌名

      Communications Chemistry

      巻: 6 ページ: 62

    • DOI

      10.1038/s42004-023-00853-1

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Interface chemistry of conductive crystalline porous thin films2023

    • 著者名/発表者名
      Yao Ming-Shui、Otake Ken-ichi、Kitagawa Susumu
    • 雑誌名

      Trends in Chemistry

      巻: 5 ページ: 588~604

    • DOI

      10.1016/j.trechm.2023.03.002

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Self-Assembled Crystalline Bundles in Soluble Metal?Organic Nanotubes2023

    • 著者名/発表者名
      Liang Hao、Otsubo Kazuya、Otake Ken-ichi、Kitagawa Susumu、Kawaguchi Shogo、Yamamoto Tomokazu、Murakami Yasukazu、Kitagawa Hiroshi
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1021/jacs.3c02252

  • [雑誌論文] Fine Pore‐Structure Engineering by Ligand Conformational Control of Naphthalene Diimide‐Based Semiconducting Porous Coordination Polymers for Efficient Chemiresistive Gas Sensing2022

    • 著者名/発表者名
      Xue Ziqian、Zheng Jia‐Jia、Nishiyama Yusuke、Yao Ming‐Shui、Aoyama Yoshitaka、Fan Zeyu、Wang Ping、Kajiwara Takashi、Kubota Yoshiki、Horike Satoshi、Otake Ken‐ichi、Kitagawa Susumu
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 62 ページ: e202215234

    • DOI

      10.1002/anie.202215234

  • [雑誌論文] Nitroxyl radical-containing flexible porous coordination polymer for controllable size-aelective aerobic oxidation of alcohols2022

    • 著者名/発表者名
      Wang Ping、Xue Ziqian、Ken-ichi Otake、Kitagawa Susumu
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 58 ページ: 9026~9029

    • DOI

      10.1039/D2CC02772K

  • [学会発表] 構造柔軟性を持つ多孔性配位高分子における選択的 吸着挙動の機構解明2023

    • 著者名/発表者名
      大竹研一
    • 学会等名
      第36回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] Synergistic Exclusive Discrimination Gating for CO2 Recognition using Flexible Porous Coordination Polymers with Narrow Soft Corrugated Channels2023

    • 著者名/発表者名
      Ken-ichi Otake, Yifan Gu, Jia-jia Zheng, Susumu Kitagawa
    • 学会等名
      Dynamic Materials, Crystals and Phenomena Conference (DynaMIC23)
    • 国際学会
  • [学会発表] 構造に柔軟性を持つ多孔性配位高分子の開発と応用2022

    • 著者名/発表者名
      大竹研一
    • 学会等名
      第3回錯体化学会フロンティアセミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] Nitroxyl Radical Containing Flexible Porous Coordination Polymer for Controllable Size-Selective Aerobic Oxidation2022

    • 著者名/発表者名
      Ping Wang, Ken-ichi Otake, Susumu Kitagawa
    • 学会等名
      錯体化学会 第72回討論会
  • [学会発表] 芳香族ペンダント基を導入したフレキシブル多孔性配位高分子におけるガス吸着特性2022

    • 著者名/発表者名
      ピン ワン, 大竹 研一,北川 進
    • 学会等名
      第35回日本吸着学会研究発表会
  • [学会発表] Structural Properties of Flexible Porous Coordination Polymers bearing aromatic pendant group2022

    • 著者名/発表者名
      Ken-ichi Otake, Ping Wang, Kitagawa Susumu
    • 学会等名
      The 17th conference of the Asian Crystallographic Association
    • 国際学会
  • [図書] CO2の分離・回収・貯留の最新技術2022

    • 著者名/発表者名
      西尾 匡弘
    • 総ページ数
      370
    • 出版者
      エヌ・ティー・エス
    • ISBN
      978-4-86043-771-8
  • [図書] CO2の分離・回収・貯留技術の開発とプロセス設計2022

    • 著者名/発表者名
      執筆者:60名、技術情報協会
    • 総ページ数
      586
    • 出版者
      技術情報協会
    • ISBN
      978-4-86104-902-6

URL: 

公開日: 2023-12-25  

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