| 研究課題/領域番号 |
25420821
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 久留米工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
松山 清 久留米工業高等専門学校, 生物応用化学科, 准教授 (40299540)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 超臨界流体 / 多孔性配位高分子 / 分子認識 / ガス分離 |
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| 研究概要 |
金属イオンと有機配位子で構成される多孔性配位高分子（もしくは金属－有機骨格体）は、規則正しいナノサイズの細孔を持つ多孔性結晶であり、新たな分離膜、ガスや生体分子の認識センサー、ガス貯蔵材料等としての工業的利用が検討されている。本申請者は、超臨界流体という特殊な環境を利用した多孔性配位高分子の活性化法を提案し、これらの手法を利用して分子認識の可能な多孔質材料を開発することを研究目的として、研究に取り組んでいる。特に本研究では、プロセシング（製造技術）の観点から、多孔性配位高分子の製造プロセスにおける超臨界流体技術の利用方法について検討している。すでに本申請者は超臨界流体活性化法を用いて、多孔性配位高分子の比表面積を大幅に増幅させることに成功した。本研究では超臨界流体活性化法を用いて、多孔性配位高分子の高比表面積化や細孔内へのリガンド分子（特定分子と特異的に結合する材料）の注入･表面処理技術を確立した。特に、水熱およびソルボサーマル条件下（高温高圧下の水および有機溶媒）で合成した数種類の多孔性配位高分子の超臨界二酸化炭素による活性化試験を試みた。超臨界流体を用いた多孔性配位高分子の活性化技術を確立し、高感度のガスや生体分子認識センサーとしての利用方法を提案するために、巨視的な操作温度、圧力、減圧速度などが細孔形状や結晶構造に及ぼす影響について検討した。今後は作成した表面改質多孔性配位高分子を利用した分離膜、高感度のガス･生体分子認識センサーとしての応用を目指す。
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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
超臨界二酸化炭素を用いて活性化した多孔性配位高分子の構造と操作条件の因果関係について、比表面積、ガス吸着量、XRD等を用いて明らかにすることができた。超臨界流体中での微細構造の転写技術を用いて、ナノレベルの微細な構造を有する金属酸化物多孔質体の製造に成功しており、超臨界流体活性化法に関する実験指針を有しているので、これらの指針をもとに構造最適化を試みた。これらの知見をもとに、毒性の低い多孔性配位高分子MIL-53（Fe）、100（Fe）に着目し、これらの高比表面積化を達成することができた。 さらに、超臨界流体活性化処理した多孔性配位高分子の細孔中へのリガンド分子の注入･表面修飾技術を提案し、ナノサイズの細孔内部まで表面修飾された多孔性配位高分子膜の製造方法を確立した。従来の活性炭やゼオライト等の既存の多孔質材料の性能を凌駕するために、多孔性配位高分子の特徴の一つである細孔内部の化学修飾を試みた。均一に整列した多孔性配位高分子の細孔内部に、種々の有機分子（生理活性物質、触媒前駆体など）を高濃度で含浸することができた。このような理由から、本研究はおおむね順調に進展していると思われる。
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| 今後の研究の推進方策 |
表面修飾処理を施した多孔性配位高分子の分子認識特性の評価を試みる。本提案で調製した多孔性配位高分子の機能性を評価するため、合成した多孔性配位高分子の膜モジュール化や水晶発振子との複合化を試み、生体分子認識センサーやガスセンサー･分離膜としての応用方法やその特性について検討する。具体的には、膜の実装化、生体分子の認識試験、薬理効果、バイオスキャフォールド等の専門性を有する複数の研究グループ（連携研究者）の協力を得ることで、超臨界流体活性化法により調製した多孔性配位高分子(PCP)膜の工業分野および生命科学分野での利用技術の開発を目指す。高比表面積化および表面処理を施した多孔性配位高分子の膜モジュール化実験およびガス分離特性を測定し、膜の基本物性を把握する。本実験では、多孔性配位高分子を多孔質アルミナ管等に結合させることで、分離膜モジュールを作製する。分離膜モジュールを用いて、ガス透過係数や分離係数（CO2/CH4系、O2/N2系等）を測定し、本研究で調製した分離膜の分離特性と細孔構造･表面処理の関係について明らかにする。また、多孔性配位高分子を担持させた水晶発振子を試作し、超感度ガスセンサーを試作する。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
試薬の使用量を抑制することができたため、次年度使用額が生じた。
次年度に不足することが予想される試薬の購入に充てる。
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