キラルチャネルを有する液晶ナノ構造分離膜の開発と光学分割への応用

具有手性通道的液晶纳米结构分离膜的研制及其在光学拆分中的应用

• 批准号: 21J10984
• 负责人: 濱口 和馬
• 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-21J10984/
• 关键词: 液晶; 自己組織化; 物質輸送; 分離機能; 水処理膜; イオン伝導; 膜

流動性と秩序を併せ持つ液晶を利用して、規則的なナノチャネル構造と新たな水処理機能を有する液晶ナノ構造分離膜の研究が近年行われている。液晶ナノ構造分離膜はチャネル構造や官能基の制御により、水中の不要物除去のみならず、高性能な選択的物質透過材料へと応用できる可能性がある。本研究では、両親媒性液晶の分子設計と集合構造制御を基盤とする物質輸送・分離機能を有する材料開発を目指している本年度は、ジオール部位を有する液晶ナノ構造水処理膜中の水分子の水素結合について、放射光を用いた高分解能軟X線発光分光法による構造解析を行った。ヒドロキシ官能基を持つナノチャネルに閉じ込められた水分子は、バルク水に近い水素結合構造を示し、ジオールのヒドロキシ基と直接相互作用していた。この水素結合構造は、カチオン性官能基を導入した自己組織化チャネルに閉じ込められた水分子がより歪んだ水素結合をとることとは対照的である。これはチャネル官能基が狭い空間で水素結合を供与・受容する能力の違いに起因すると考えられる。また、新たな両親媒性分子を設計・合成していく中で、脂環式メソゲンとオキシエチレン部位を含んだ両親媒性分子が、SmA-SmB-SmAという特異なリエントラント液晶相転移を示すことを発見した。電子密度プロファイルと分子動力学シミュレーションにより、このリエントラント現象は、剛直なメソゲン部分のパッキングと柔軟なオキシエチレン部位のコンフォメーションが温度によって段階的に変化することで引き起こされていることが分かった。また、リチウム塩と複合化することで、伝導度が温度によって多段階に変化する液晶性イオン伝導材料の開発にも成功した。

Liquidity を と order and せ utilizing つ LCD を し て, rules of な ナ ノ チ ャ ネ ル tectonic と new た な water 処 principle function を す る LCD ナ ノ tectonic line separation membrane が の research in recent years わ れ て い る. LCD ナ ノ structure separation membrane は チ ャ ネ や ル structure of functionality の suppression に よ り の don't water, remove の み な ら ず, high-performance な sentaku material through the material へ と 応 with で き る possibility が あ る. This study で は, struck close pollination LCD の と molecular design collection royal を base plate tectonic system と す る material conveying, separated function を have す る materials open 発 を refers し て い る は this year, ジ オ ー ル place を have す る LCD ナ ノ 処 principle of membrane structure water の の water molecules in the water element combination に つ い て, ray を い た high decomposition can soft X-ray spectrometry 発 light に よ る structural analysis Youdaoplaceholder0 lines った. ヒ ド ロ キ シ functionality を hold つ ナ ノ チ ャ ネ ル に closed じ 込 め ら れ は た water molecules, バ ル ク water に nearly い element combination を し, ジ オ ー ル の ヒ ド ロ キ directly と シ interaction し て い た. こ の water element combination structure は, カ チ オ ン sex of functionality を import し た yourself organized チ ャ ネ ル に closed じ 込 め ら れ た water molecules が よ り slanting ん だ water element combination を と る こ と と は of seaborne で あ る. こ れ は チ ャ ネ ル functionality が narrow space い で water element combination を, and supply the capacity す る ability の violations い に cause す る と exam え ら れ る. ま た, new た な struck close pollination molecular design, synthesis し を て い く で, alicyclic type メ ソ ゲ ン と オ キ シ エ チ レ を ン parts including ん だ struck close pollination molecular が, SmA, SmB - SmA と い う specific な リ エ ン ト ラ ン ト planning liquid crystal phase shift を shown す こ と を 発 see し た. Electron density プ ロ フ ァ イ ル と molecular dynamics シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ り, こ の リ エ ン ト ラ ン ト は, upright and outspoken な メ ソ ゲ ン part の パ ッ キ ン グ と soft な オ キ シ エ チ レ ン parts の コ ン フ ォ メ ー シ ョ ン が temperature に よ っ て Duan Jie に of variations change す る こ と で lead き up こ さ れ て い る こ と が points か っ た. ま た, リ チ ウ ム salt composite と す る こ と で, 伝 conductance が temperature に よ っ て more Duan Jie に variations change す る LCD sex イ オ ン 伝 guide material の open 発 に も successful し た.

项目成果

Reentrant 2D Nanostructured Liquid Crystals by Competition between Molecular Packing and Conformation: Potential Design for Multistep Switching of Ionic Conductivity

• DOI: 10.1002/cphc.202200927
• 发表时间: 2023-01-23
• 期刊: CHEMPHYSCHEM
• 影响因子: 2.9
• 作者: Hamaguchi，Kazuma;Lu，Huanjun;Kato，Takashi
• 通讯作者: Kato，Takashi

シェフィールド大学(英国)

谢菲尔德大学（英国）

西安交通大学/蘇州科技大学(中国)

西安交通大学/苏州科技大学（中国）

Liquid-Crystalline Gemini Amphiphiles for 2D Nanostructured Water Treatment Membranes

用于二维纳米结构水处理膜的液晶 Gemini 两亲物

• 发表时间: 2021
• 作者: Kazuma Hamaguchi;Rino Ichikawa;Satoshi Kajiyama;Shotaro Torii;Yusuke Hayashi;Jiro Kumaki;Hiroyuki Katayama;Takashi Kato
• 通讯作者: Takashi Kato

Self-assembly of smectic liquid-crystalline gemini amphiphiles for 2D nanostructured water treatment membranes exhibiting high virus removal

用于二维纳米结构水处理膜的近晶液晶双子两亲物的自组装表现出高病毒去除率

• 发表时间: 2021
• 作者: Kazuma Hamaguchi;Rino Ichikawa;Satoshi Kajiyama;Shotaro Torii;Yusuke Hayashi;Jiro Kumaki;Hiroyuki Katayama;Takashi Kato
• 通讯作者: Takashi Kato