| 研究課題/領域番号 |
21H01955
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 研究機関 | 芝浦工業大学 |
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研究代表者 |
堀 顕子 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (90433713)
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| 研究分担者 |
RICHARDS GARY 芝浦工業大学, 工学部, 准教授 (00708620)
ジェズニチカ イザベラ 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (40565769)
後藤 貴行 上智大学, 理工学部, 教授 (90215492)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | 分子認識 / ガス吸着 / 金属錯体 / 分子性結晶 / 結晶構造解析 |
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| 研究実績の概要 |
分子包接及び吸着分離材料の開発において，分子を見分ける方法として，そのほとんどがサイズ及び極性の違いを利用している。そのため，サイズや極性が類似した化合物の分離は困難であり，工業的な分離法の確立が要請されている。本研究では，多フッ素置換芳香環（ペンタフルオロ及びテトラフルオロフェニル基）を有するディスクリートな単核及び二核金属錯体、配位性高分子を合成し、まずはそれらが集積した結晶の作成と結晶構造解析を行なった。
また、2020年に導入したBelsorp-Max IIでのガス吸着／脱着測定からフッ素置換金属錯体結晶の分子認識特性を調べた。本研究では一連の他フッ素化金属錯体について、基本的な吸着現象や錯体ユニットあたりに取り込まれるガスや蒸気分子の包接数を決定することができた。興味深いことにディスクリートな二核ニッケル錯体では窒素が段階的に包接され、錯体に対して4分子が脱離過程で安定に取り込まれていること、相対圧0付近でも2分子分の窒素が保持される現象が見られ、窒素錯体を形成していることが示唆された。これらは他の分析法からも示唆されており、窒素活性触媒になることが期待できる新しい知見である。また金属錯体や関連する有機化合物の合成と発光特性なども明らかにしている。
なお、本研究費では主に低温での分析を可能にするため、Belsorp-Max IIに組み合わせるBELCRYO（クライオスタット）を購入した。コロナ禍での制作と吸着装置の置き場所の問題から、納期が2022年1月に遅れたが、学内の協力も得て立ち上げを行なった。2月、3月に調整を行い、ほぼ利用できる仕様になったことから、今後は研究計画に基づき詳細な温度依存性を明らかにする計画である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
本研究費で購入したBELCRYO（クライオスタット）の納品が2022年1月に遅れたため、低温測定の実験が当初の計画よりもやや遅れている。また装置本体を移設したため、現在分析室内のガスセンサーの設置などの環境整備を進めている。また、新型コロナウィルス感染症による学生の研究時間の削減や制限、また一部の国際学会の中止により発表や今後の展開に向けた議論の場が減少した。一方で、その間に試料合成や個々の化合物や結晶の物性調査などは進んでいることから次年度に向けた準備はできている。
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| 今後の研究の推進方策 |
主たる分析機器の設置がおおよそ実施できたので、今後は研究計画に基づき、芳香族フッ素置換基の導入から高効率にゲスト分子を取り込む分子性結晶の創出と包接現象を明らかにする。吸着現象に応じた金属錯体の結晶系，色，物性の変化を，分光分析，電気化学的手法，磁性等から調べ，吸着に基づく検出法を確立する。分子認識におけるゲスト分子の親和性は吸着だけでなく、単結晶構造解析，吸収スペクトル，熱重量分析（TGA）などを併用し、包接量や吸着の速度論を明らかにする。アセチレンと二酸化炭素のように大きさの似た無極性分子やキシレンなどの異性体に対し、四重極モーメントに基づく分離が可能であるか理論計算と実験から明らかにする。
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