2022 Fiscal Year Research-status Report
Synthesis and application of carbon materials with helically-aligned nanopores and chiral spaces
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21K05239
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| Research Institution | Osaka Research Institute of Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
丸山 純 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 研究室長 (80416370)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 炭素材料 / らせん構造 / 光学活性 / 不斉触媒電極 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
らせん構造のキラル材料は、光学分割や不斉合成触媒等の重要な機能を有するため注目を集めている。最近研究代表者は、ナノ細孔が規則的にらせん配列した、全く新しい炭素材料の開発に成功している。しかし、細孔鋳型に用いたポリスチレン（PS）ナノ粒子の微小化には限度があることから、現状では、細孔サイズ、らせんピッチは数10～数100 nmであり、分子サイズとは一桁以上異なるため、幅広い展開が期待できる不斉合成触媒等への応用は困難であった。そこで、本研究では、細孔鋳型のナノ粒子を微小化し、炭素源、芯材、自己組織化法を一新して、ナノ細孔がらせん状に規則配列し、かつ光学活性分子と相互作用する非対称な空間（キラル空間）を有する炭素材料の作製を試みる。その炭素材料を電気化学反応に応用し、キラル空間を反応サイトとする、安定な不斉触媒を開発することを本研究の目的とする。
2021年度には、芯材として用いた多層カーボンナノチューブ(MWCNT)上に、お互いに融合した10 nm程度の炭素ナノ球殻(CHNS)が、らせん状かつ規則的に配列している炭素材料を合成した。真空紫外円二色性分光分析の結果、らせん方向に応じて正負のシグナルが観察され、また、光学活性なビナフチルの水溶液、またはフェロセン誘導体のアセトニトリル溶液中、立体配置に依存した選択的な電気化学的酸化反応が進行することが見出され、合成された炭素材料が光学活性を有し、キラル識別能を有していることが明らかとなった。このキラル識別機構は、これまでに報告されているキラルインプリンティング機構とは異なり、球殻外壁とMWCNTが形成する、光学活性な壁面配置に起因することが示唆されている。2022年度は、この光学活性な壁面配置を有する細孔に触媒を担持することにより、不斉合成電極触媒材料を合成することを試みた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
キラル認識能を有する細孔は非常に微細であることが予想されたため、より深部まで到達しやすいよう、気相で触媒前駆体の担持を行った。昇華しやすいシクロペンタジエニル(トリエチルホスフィン)銅を触媒前駆体とし、MWCNT上にCHNSらせん状に配列した炭素材料とともに密閉容器に封入して300 °Cで熱処理した。ナノCu粒子の触媒活性が発揮されるアセトフェノンの還元反応を行い、エナンチオ選択性が発現するか調べた。しかし、アセトフェノン還元体の1-フェニルエチルアルコールの生成は確認されたものの、旋光性が見られず、不斉合成は達成できなかった。そこで、炭素源、芯材、自己組織化法を再度一新して、光学活性を有する炭素材料の合成に取り組むこととした。
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| Strategy for Future Research Activity |
2023年度において、炭素のみから構成され、キラル識別能を有する新たな材料合成を再度試みる。その後、触媒成分担持、活性点となる異元素ドープを行い、不斉触媒合成を試みる。
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| Causes of Carryover |
2022年度は計画した予算額をほぼ使用した。次年度使用額はおおよそ2021年度の繰越額である。2023年度において、これまでより低波長まで真空紫外円二色性分光分析を行うため、デンマーク オーフス大学のシンクロトロン放射光施設において測定実験をする可能性があり、その渡航、滞在費として使用する計画である。
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