ヒドリド金属―有機構造体による水素貯蔵／二酸化炭素変換材料の創出

強い還元性を示すヒドリド（H-）を前駆体として用い、金属－有機構造体MOFや共有結合性構造体COFを始めとした固体材料を合成することを主たる目的とした。COF合成においては、ピペラジンにNaBH4、CO2を反応させて得られる1,4-ジアルデヒドを前駆体とし、メラミンと縮合反応を行うことで、高い結晶性を示すCOFの合成に成功した。得られたCOFはトリアジン骨格からなり、極めて高い耐水性、耐酸・塩基性、熱安定性を示す。この特性を利用し、多孔体としての評価によりBET表面積が1500 m2/gであることを示した。また親水性の特性を利用し、加湿雰囲気におけるプロトン伝導性を評価したところ、10^-2 S/cmを超えるプロトン伝導度を得ることができた。MOFにはない材料としての安定性と特性をもつCOFをヒドリドとCO2から簡便に合成できることを示した。一方、ヒドリドとCO2の反応性を制御することで、CO2貯蔵材料としての研究の可能性を検討した。アンモニアボラン（NH3BH3）はそのヒドリド還元特性によりCO2と反応することが知られているが、その反応は強い発熱反応であり、急激な高分子化を伴うことからその制御は難しかった。我々は導入するCO2の濃度や反応温度を調整することにより、ランダムな高分子化反応を抑制し、CO2分子がアンモニアボランに挿入された錯体として単離することに成功した。アンモニアボランの質量は約31であり、そこにCO2が挿入されるため、重量当りのCO2貯蔵という観点で高い性能を示す。

強い還元性を示すヒドリド（H-）を前駆体として用い、金属－有機構造体MOFや共有結合性構造体COFを始めとした固体材料を合成することを主たる目的とした。COF合成においては、ピペラジンにNaBH4、CO2を反応させて得られる1,4-ジアルデヒドを前駆体とし、メラミンと縮合反応を行うことで、高い結晶性を示すCOFの合成に成功した。得られたCOFはトリアジン骨格からなり、極めて高い耐水性、耐酸・塩基性、熱安定性を示す。この特性を利用し、多孔体としての評価によりBET表面積が1500 m2/gであることを示した。また親水性の特性を利用し、加湿雰囲気におけるプロトン伝導性を評価したところ、10^-2 S/cmを超えるプロトン伝導度を得ることができた。MOFにはない材料としての安定性と特性をもつCOFをヒドリドとCO2から簡便に合成できることを示した。一方、ヒドリドとCO2の反応性を制御することで、CO2貯蔵材料としての研究の可能性を検討した。アンモニアボラン（NH3BH3）はそのヒドリド還元特性によりCO2と反応することが知られているが、その反応は強い発熱反応であり、急激な高分子化を伴うことからその制御は難しかった。我々は導入するCO2の濃度や反応温度を調整することにより、ランダムな高分子化反応を抑制し、CO2分子がアンモニアボランに挿入された錯体として単離することに成功した。アンモニアボランの質量は約31であり、そこにCO2が挿入されるため、重量当りのCO2貯蔵という観点で高い性能を示す。