2023-11-08 京都大学
サブ秒での粉末X線回折測定がゲート吸着の動的過程を紐解く
化学工学専攻の坂中勇太博士課程学生(研究当時)、平出翔太郎同助教、菅原伊織同修士課程学生(研究当時)、植松源同修士課程学生、高輝度光科学研究センター(JASRI) 河口彰吾主幹研究員、京都大学大学院工学研究科 故 宮原稔教授、渡邉哲同准教授らの研究グループは、従来の吸着剤とは異なる革新的な新材料(ゲート型吸着剤)がガス分子を取り込む際の動的な描像を明らかにしました。
現在、構造に柔軟性を持つ「ゲート型吸着剤」がその特異性から注目を集めています。ゲート型吸着剤はあるしきい値となるガス圧力において、自身の骨格構造を変形することでガス分子を取り込みます。「ゲート吸着」と呼ばれるこの現象ですが、その動的な過程に対する考察はあまり進んでいませんでした。
本研究グループは、化学反応の速度式と反応のメカニズムが密接に関係していることに着目し、構造変形速度の定式化によってゲート吸着の動的過程が解明できると考えました。そして、大型放射光施設SPring-8におけるサブ秒での粉末X線回折測定を駆使した解析により、構造変形の速度式は材料ごとに大きく異なり、その関数形から骨格構造の柔らかさやガス分子の取り込まれかたを読み解くことができることを見出しました。
本研究の意義は、構造変形のメカニズムを明らかにしたという理学的な側面だけでなく、ガス分離システムの設計には欠かせない吸着速度を定式化したという工学的側面にもあります。本成果により、ゲート型吸着剤を活用した高効率・省エネルギーな吸着分離回収システムの実現に一歩近づいたといえます。
本成果は、2023年11月8日10:00（現地時間）に国際学術誌「Nature Communications」のオンライン版に掲載されました。
研究詳細
ゲート型吸着剤はガス分子をどう取り込む？ ―サブ秒でのX線回折測定が動的過程を紐解く―
研究者情報
平出 翔太郎
渡邉 哲
書誌情報
タイトル
Generalised analytical method unravels framework-dependent kinetics of adsorption-induced structural transition in flexible metal–organic frameworks
(参考訳：柔軟性金属有機構造体が示す吸着誘起構造転移の骨格構造に依存した速度過程を解析する汎用手法)
著者
Yuta Sakanaka, Shotaro Hiraide, Iori Sugawara, Hajime Uematsu, Shogo Kawaguchi, Minoru T. Miyahara, Satoshi Watanabe
掲載誌
Nature Communications
