磁場で穴を開閉可能なポーラスナノグラフェン結晶

多孔纳米石墨烯晶体可以利用磁场打开和关闭孔

基本信息

批准号：
21J10320
负责人：
杉野目駿
金额：
$ 1.09万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J10320/
关键词：
多孔性結晶 Metal-Organic Framework 縮環ポルフィリン近赤外光応答性材料

项目摘要

本研究では「磁場で穴を開け閉めできる磁場応答性ポーラスナノグラフェン結晶」の開発に挑戦した。以前発表した、「取り込む分子に応じて細孔の形状・サイズを変化させるナノグラフェン結晶」は、結晶でありながらナノグラフェン部位が回転自由度を有するという際立った特徴を持つ。そこで、異方的かつ大きな反磁性磁化率を有するナノグラフェンが結晶中にもかかわらず磁場に応答するのではないかと着想した。本年度はポーラスナノグラフェン結晶の磁場応答性を磁場中での蛍光測定およびX線回折測定により詳細に検討した。まず、磁場のオン/オフ（9 T/0 T）に伴い、ナノグラフェンMOF結晶の示す蛍光スペクトルの形状が可逆的に変化することを確認した。このことは磁場による結晶構造変化の可能性を示唆する。次に、蛍光スペクトル変化が結晶構造変化に由来するものか確かめるため、磁場中での粉末X線回折測定を行った。しかしながら、測定した全ての条件で、磁場のオン/オフ（5 T/0 T）に伴う回折パターンの有意な変化は見られなかった。このことから、本研究で目指す磁場応答性ポーラスナノグラフェン結晶の開発は一旦断念せざるを得なくなった。一方で、他の巨大π共役系分子を用いたポーラス結晶の開発にも取り組んでおり、その途中で極めて興味深い現象を見出した。非常に大きなπ共役系分子である縮環ポルフィリン二量体（FP）に着目し、FPからなる初のポーラス結晶の合成に成功した。本ポーラス結晶の物性を調べていたところ、近赤外光（1064 nm）の照射により溶媒中の結晶が直ちに収縮し（体積変化にして15％程度）、照射を停止すると元のサイズ・形状へと可逆的に回復することを発見した。FP部位は近赤外光の吸収を有し、励起状態から速やかに失活することが知られているため、近赤外光のエネルギーが熱へと変換され、溶媒の脱離が起こったのではないかと推測される。

在这项研究中，我们挑战了“磁场响应性多孔纳米晶体晶体，可以用磁场打开和封闭”。先前宣布的“根据掺入的分子改变毛孔的形状和大小的纳米谱晶体具有独特的特征，尽管它们是晶体，但纳米谱部位具有一定程度的旋转自由度。因此，我们认为，具有各向异性和高磁化易感性的纳米谱系即使在晶体中也可能会对磁场产生反应。今年，通过磁场和X射线衍射测量中的荧光测量结果详细检查了多孔纳米晶体晶体的磁场响应。首先，已经证实，随着磁场的打开/OFF（9 T/0 T），纳米谱烯MOF晶体所示的荧光光谱的形状可逆地变化。这表明由于磁场而导致晶体结构发生变化的可能性。接下来，为了检查荧光光谱是否从晶体结构变化得出，在磁场中进行了粉末X射线衍射测量。但是，在所有测得的条件下，在磁场开/关（5 t/0 t）中未观察到衍射模式的显着变化。这迫使我们放弃了本研究中针对的磁性敏感多孔纳米晶体晶体的发展。另一方面，他还一直在使用其他巨大的π偶联分子来开发多孔晶体，并在他发现非常有趣的现象的途中。专注于一个非常大的π共轭分子（FP）的融合环卟啉二聚体（FP），我们成功地合成了由FP组成的第一个多孔晶体。在检查该多孔晶体的物理特性时，发现由于近红外光（1064 nm），溶剂中的晶体立即收缩（大约是体积变化的15％），并且当辐照停止时，溶剂中的晶体可逆地恢复到其原始大小和形状。由于FP位点具有近红外光的吸收，并且已知会从激发态迅速停用，因此据推测，近红外光的能量被转化为热量，从而导致去除溶剂。