| 研究概要 |
セシウムを高選択的に取り込む捕集剤を開発するためには、プルシアンブルーのように、高秩序で交換可能なカウンターカチオンを内包した比較的小さな細孔をもつ化合物を、比較的安価で安定な材料をもとに作ることが重要である。
我々は、安価で安定な配位子であるシュウ酸を用い、上記条件をすべて満たす配位高分子(MOF :metal-organic framework) として、新規にRe(NH4)(C2O4)2・H2O (Re = Y, Sm, Gd, Er, Ho, Er, Yb) の合成に成功した。
これらのMOF について、Cs+ を取り込ませる実験を行った結果、Re(NH4)(C2O4)2・H2O は、海水程度のナトリウム塩濃度の水溶液中からもCs+ の取り込みが可能であることを明らかにした。これはMOF でCs+ を選択的に取り込む初めての例であり、セシウムで汚染された海水など塩濃度の高い環境からセシウムを除染できる可能性を示す画期的なデータである。
さらに、これらの中でも比較的小さな細孔をもつ、小さなイオン半径の希土類金属（Er, Ho, Er, Yb）を用いた場合に、セシウムが取り込まれやすいことを明らかにした。これはセシウムを取り込みやすい細孔の傾向を明らかにした初めての例である。
また、これらの結果から、既知のMOF においても、セシウムを取り込みやすい細孔径に近いものであれば、セシウムの選択的な取り込みが起こる可能性があるため、数種類の既知のカウンターカチオンを内包した細孔径の小さいMOF を合成し、セシウムの取り込みを試験し、(NH4)2(adp)[Zn2ox3] について、セシウムの取り込みが起こることを明らかにした。これは、セシウムの取り込みが起こりやすいMOF の条件として、一定の細孔径をもつことが条件となる可能性を示唆するものである。
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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
MOF の細孔サイズに対する取り込み可能な水和イオン半径やCs+ 選択性の関係を明らかにするためには、細孔の形状や物性を大きく変化させることなく、細孔サイズが異なるMOF を数多く合成し、Cs+ 取り込み挙動を比較検討する必要がある。平成24年度までに希土類金属を用いてCs+ 取り込み可能なMOF （Re(NH4)(C2O4)2・H2O (Re = (Y, Sm, Gd, Er, Ho, Er, Yb) 及び(NH4)2(adp)[Zn2ox3]）をすでに9種類合成し、これらのうち8種類が同型のものであるため、細孔サイズとセシウムの取り込み挙動の関係を比較検討することが可能な系を構築した。
Re(NH4)(C2O4)2・H2O では、イオン半径がランタノイド収縮に従って変化する希土類金属を用いて、細孔サイズを微調整できる系を構築し、これら全てでセシウムを取り込む物性が確認できた。当初予定していたセシウムを取り込めるMOF が見いだせない場合の実験計画が不要となり、予定以上の数のセシウムを取り込めるMOF を合成することに成功した。またこの実験により、MOF の細孔サイズが小さいときにセシウムを取り込みやすい傾向を明らかにした。
この実験の結果を利用して、既知のMOF についても同様の実験を行い、同じ程度の細孔サイズで取り込みが起こる((NH4)2(adp)[Zn2ox3]) も見出すことができた。これにより、細孔径が同じような物質同士での取り込み挙動の違う要因についても、明らかにできる可能性が広がった。
以上のようなことから自己採点による評価はおおむね順調に研究が進んでいると判断した。
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