マイクロ流路を利用して、多孔性材料の生成メカニズムを解明~結晶生成における各配位子の役割解明~

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2020-07-11 関西学院大学,東京農工大学,高輝度光科学研究センター,科学技術振興機構

ポイント
  • マイクロ流路を含む測定法を新たに開発し、多成分系MOFの核生成過程が多段階で進行することを解明しました。
  • 複数種の成分が存在する反応溶液中で、2種類の配位子がそれぞれ結晶生成を促進、抑制する働きがあることが分かりました。
  • 自在な構造設計が可能なMOFを効率的に合成するための合成条件検討の役に立つと考えられます。

関西学院大学の田中 陽子 氏、田中 大輔 准教授らと、東京農工大学の川野 竜司 准教授ら、高輝度光科学研究センター(JASRI)の本間 徹生 主幹研究員、京都大学の高谷 光 准教授、甲南大学の鶴岡 孝章 准教授の研究グループは、マイクロ流路を利用して金属-有機構造体(MOF)の生成メカニズムを解明することに成功しました。

活性炭やゼオライトなどの材料は、分子を取り込むことが可能な多数の小さな穴があることから、多孔性材料と呼ばれ、脱水や脱臭など身の回りに使われています。近年、金属イオンと架橋配位子から構成されるMOFと呼ばれる多孔性材料が活発に研究されています。MOFは金属と架橋配位子の組み合わせによって、目的に応じた構造を自由に設計できることから、その他の多孔性材料と同じように、吸着材、触媒、電池の電極材料など幅広い分野への応用が期待されています。

本研究グループは今回、2種類の配位子と1種類の金属から構成されるピラードレイヤー型MOFの生成メカニズムを、マイクロ流路を用いた合成と測定から解明しました。特に、大型放射光施設SPring-8の高輝度X線によるX線吸収微細構造(XAFS)とマイクロ流路を組み合わせた測定手法を新しく開発したことによって、これまでに評価することができなかった反応のごく初期の状態を評価することに成功しました。

種々の実験から、結晶生成過程が3段階で進行すること、また原料に使われる2種類の配位子はそれぞれ結晶生成を促進、抑制するという、相反する働きを有していることも解明されました。これらの知見は、新たな多孔性材料などの結晶性分子材料開発の指針になると期待されます。

本研究成果は、総合化学誌「Chemistry - A European Journal」のInside Coverに選定され、2020年7月11日(日本時間)にオンライン版に掲載されます。

本研究は、JST 戦略的創造研究推進事業 さきがけ「理論・実験・計算科学とデータ科学が連携・融合した先進的マテリアルズインフォマティクスのための基盤技術の構築(研究総括:常行 真司)」における「ハイスループット合成・評価システムと機械学習の統合による革新的太陽電池材料の探索(研究者:田中 大輔)」(JPMJPR17NA)の支援により行われました。

詳しい資料は≫

<論文タイトル>
“Competing Roles of Two Kinds of Ligand during Nonclassical Crystallization of Pillared-Layer Metal-Organic Frameworks Elucidated Using Microfluidic Systems”
(マイクロ流路によって解明されたピラードレイヤー型金属有機構造体の非古典的結晶生成過程における二種類の配位子の競合する役割)
DOI:10.1002/chem.202001438
<お問い合わせ先>
<研究に関すること>

田中 大輔(タナカ ダイスケ)
関西学院大学 理工学部 化学科 准教授

<SPring-8/SACLAに関すること>

高輝度光科学研究センター 利用推進部 普及情報課

<JST事業に関すること>

舘澤 博子(タテサワ ヒロコ)
科学技術振興機構 戦略研究推進部 ICTグループ

<報道担当>

関西学院大学 広報室

東京農工大学 企画課 広報係

科学技術振興機構 広報課

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