Chemistry of MOF based Thin Layer Materials for Synergistic Purification

用于协同纯化的 MOF 基薄层材料的化学

• 批准号: 20F20074
• 负责人: 北川 進
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20F20074/
• 关键词: 多孔性配位高分子; 分離材料; ナノ空間化学; 錯体化学; 分離機構

多孔性配位高分子(Porous Coordination Polymers: 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、活性炭やゼオライト等に続く新しい多孔性材料として近年盛んに研究が行われている材料群である。本研究では複数混合系からの単成分を効率的な分離を可能とする材料開発を目的とした。本共同研究ではまず、材料の開発を行った。その中で、二次元レイヤー構造を有する[Zn(SiF6)(bpe)]を新規に見出した。[Zn(SiF6)(bpe)]の吸着特性を調べると、アセチレン吸着に対して多段階の可逆的な構造変化を伴う吸着のステップがあることがわかった。ガス導入下におけるX線回折測定実験や理論計算による検討から、吸着に伴う構造変化の機構について詳細な検討を行い、高い親和性を有するアセチレン吸着の機構を解明した。この材料は、従来難しいと知られてきた二酸化炭素やエチレンの混合ガスからのアセチレン分離を可能とすることがわかった（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 133, 20546.）。この発見を基盤として、さらに構造の局所的な柔軟性を活用した分離材料や、骨格に電子供与性分子を取り入れた柔軟構造を有する分離材料の開発も行った。開発したこれらの材料はどちらも、ゲスト選択的なゲートオープン型の吸着挙動や、大きなヒステリシスを伴うガス吸着など、非常に興味深いガス吸着挙動を示すことがわかった。これらの材料のガス吸着分離性能の構造や機構についても、X線構造解析やガス分離性能評価装置を用いて詳細に解析を行った。これらの成果を纏めて２報の論文を2022年内に投稿予定である。

Porous Coordination Polymers (PCPs) have both metallic and multi-site ligands and crystallinity. There are many new porous materials such as inorganic-organic hybrid materials and activated carbon. In recent years, there has been extensive research on these materials. The purpose of this study is to separate the components of a complex mixture efficiently and to develop materials that can be used. This joint research is aimed at the development of new materials. The new rules of Zn(SiF6)(bpe) were introduced. The sorption properties of [Zn(SiF6)(bpe)] are modulated and reversible with multi-stage structural transformation. X-ray backscattering measurements under the guidance of the system, theoretical calculations, detailed analysis, high affinity, and structural analysis of adsorption mechanisms are described. This material is difficult to understand and can be separated from carbon dioxide. Chem. Int. Ed. 2021, 133, 20546.）。The development of the substrate and the soft structure of the substrate are used to develop the separation material and the electron donor molecule. The material of the development of this kind has to be selected according to the type of adsorption, and the type of adsorption. The structure and mechanism of adsorption and separation performance of these materials are analyzed in detail by X-ray structure analysis and separation performance evaluation device. The results of this paper are scheduled for submission in 2022.