Exploration of Smart Flexible PCPs/MOFs with local dynamics for gas selectivity and conversion

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多孔性配位高分子(PCP)は、金属イオンと多座配位子からなる結晶性を有した無機－有機ハイブリッド材料であり、ガス分子の高い分離・濃縮機能のみならず、ガスセンサや触媒などを含めた多様な応用が可能なことから次世代の材料として高い注目を集めている。本研究では、PCPの局所ダイナミクス制御による新規機能の開拓を目指した。局所ダイナミクス制御を行うデザインとして、構造に柔軟性を持つπ共役系配位子の設計を行い、金属種の異なる種々の新規PCP化合物群を開発することに成功した(NDI-PCP群)。電子線回折や放射光を用いたX線回折測定、X線吸収分光法を用いて、NDI-PCP群の詳細な構造を明らかにした。NDI-PCP群はお互いに似たよような細孔構造を持っているが、用いる金属中心の配位様式が異なることで骨格内のπスタッキングの距離や様式が異なり、それにより異なる電子特性を有していた。また混合金属型のNDI-PCP群の合成も可能であり、混合比の調整によっても電子特性を制御できることがわかった。NDI-PCP用いて動的センサデバイスを構築し、そのセンサ特性を調べたところ、揮発性有機化合物（VOC）に対して高い感度と選択性を示した。（Angew. Chem. Int. Ed. e202215234, 2022.）また、NDI-PCP群は熱安定性も非常に高く、Redox活性を有することから触媒特性も有する。実際に、混合金属型NDI-PCPを用いた触媒能を調べたところ、金属種の選択により高い二酸化炭素及び硝酸イオンの電気分解において高い反応性を実現することが可能であることも分かった。in-situ IR、in-situ X線吸収分光、in-situ X線回折などのin-situ触媒特性評価技術により、触媒の反応機構や触媒性能と触媒構造の関連性を検討しており、原著論文として報告予定である。