Development of Room Temperature-Operative Chemiresistive Sensors by MOF-on-MOF Multilay er Thin Films

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18F18334
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 北川 進 京都大学, 高等研究院, 特別教授 (20140303)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): YAO MINGSHUI 京都大学, 高等研究院, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2018-11-09 – 2021-03-31
• Keywords: ケミレジスタセンサ / 多孔性配位高分子 / 錯体化学 / 薄膜 / 高伝導性

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、申請者が独自に開拓してきたSpray型Layer-by-Layer（LbL）法を活用し、電気伝導性MOF (EC-MOF: Electronically Conductive MOF)の上に更に高いガス吸着選択性を示すMOFを積層させた、多層積層型MOFケミレジスタ型ガスセンサを開発する。これまでのMOF細孔を利用したケミレジスタ型センサは、室温においても高感度が得られる一方で、基質選択性については満足の行くものではなかった。
本プロジェクトで開発する多層型センサでは、下層のEC-MOFにガス検出を担わせ、上層のMOF層にはガスの分離選択を担わせることで、高感度かつ高選択性を実現する。
本年度は、(1)新規のEC-MOFの開発と(2)ケムレジスタ型ガスセンサの立ち上げを行い、本課題を遂行するにあたり柱となる研究内容が大きく進展した。
より具体的には、まず従来、高伝導性が報告されてきた二次元シート構造のEC-MOFの系において、混合配位子型のEC-MOFの初めて合成に成功した。混合配位子型とすることで、この系の物性のより幅広いチューニングが可能となる。さらにケムレジスタ型ガスセンサの立ち上げを行うことで合成した新規EC-MOFが実際にケミレジスタ型ガスセンサとして高い特性を有することを確認した（論文投稿予定）。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度は、新規のEC-MOFの開発とケムレジスタ型ガスセンサの立ち上げを行い、本課題を遂行するにあたり柱となる研究内容が大きく進展した。
従来、高伝導性が報告されてきた二次元シート構造のEC-MOFの系において、混合配位子型のEC-MOFの初めて合成に成功した。混合配位子型とすることで、この系の物性のより幅広いチューニングが可能となる。
さらにケムレジスタ型ガスセンサの立ち上げを行うことで合成した新規EC-MOFが実際にケミレジスタ型ガスセンサとして高い特性を有することを確認した（論文投稿予定）。
以上から、本年度は目標として掲げる室温動作可能なケミレジスタセンサの実現のためにおおむね順調に進展していると評価する。

Strategy for Future Research Activity

今後はガスの分離選択を担わせるMOFの選定及びMOFナノシートの作成を行い、本年度に得られたEC－MOFと組み合わせたMOF-on-MOF薄膜の合成に挑戦する。
さらに、本年度立ち上げを行ったガスセンサデバイスを用いて、合成したMOF-on-MOF薄膜のケミレジスタ型ガスセンサとしての特性の評価を行う。