Fundamental science and application of oriented metal-organic framework thin films

取向金属有机骨架薄膜的基础科学及应用

• 批准号: 20H00401
• 负责人: 高橋 雅英
• 金额: $ 29.2万
• 依托单位: Osaka Metropolitan University (2022-2023)Osaka Prefecture University (2020-2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H00401/
• 关键词: 金属有機構造体; ナノ多孔性; エピタキシャル; 分子エレクトロニクス; 光機能性; 配向薄膜; 電気伝導; 熱伝導; フィルター; 応答性材料

異なる骨格構造を有する金属有機構造体に関して、エピタキシャル成長による配向薄膜や独立膜の作製手法を確立した。金属水酸化物を基板として用いたヘテロエピタキシャルアプローチの汎用性と有用性を示すことができた。特に多様な金属水酸化物からの配向成長手法を確立し、手法の汎用性を実証している。大面積で配向した多結晶体として、結晶構造に依存した異方的な物性をマクロな薄膜や独立膜として測定可能となった。このような試料を用いて以下の結果を得た。（1）基板を用いた二次元超セラミックスに関しては、水酸化物結晶基板上で金属有機構造体（MOF）をエピタキシャル成長することで配向MOF薄膜を得た。γ-AlO(OH)を基板として用いることで、世界に先駆けてAl系MOF配向膜（MIL-53(Al)）を得た。γ-AlO(OH)のAl-OH-Al結合の配列がカルボン酸の配向方向を規定することを初めて見出した。MIL-53(Al)は微量のガスを吸着することで構造転移を伴うことを利用して、異なるガス気流中での応答性アクチュエータを作成した。配向MOF薄膜を用いることで、異方的な構造変化を実現し、対掌的な構造変化を示すキラルアクチュエータを実現し、微量VOC検出センサーやマイクロロボティックスへの利用が期待される。（2）MOFの成長制御のためにモジュレータ分子を用いることで、多彩な形態を有するMOFナノ構造体を得ることが出来た。特にCu2L2DABCO（L：カルボン酸系配位子）系MOFにおいて、繊維状の金属水酸化物を出発原料とし、モジュレータ分子として酢酸を用いることで、繊維状のMOFを得ることが出来た。この繊維状MOFを用いて不織布フィルターを作製し、水浄化フィルターを実現した。

对于具有不同骨骼结构的金属有机结构，已经建立了通过外延生长制造定向薄膜和独立膜的方法。证明了使用金属氢氧化物作为底物的杂质方法的多功能性和实用性。特别是，已经从多种金属氢氧化物中建立了取向生长方法，证明了该方法的多功能性。作为一个以大面积为导向的多晶体，依赖于晶体结构的各向异性特性可以作为宏薄膜或独立膜来测量。使用这样的样本，获得以下结果。 （1）关于使用底物的二维超级气管，通过在氢氧化物晶体底物上表达生长金属有机结构（MOF）获得了定向的MOF薄膜。通过使用γ-Alo（OH）作为底物，世界上首先是基于Al的MOF比对膜（MIL-53（Al））。首先发现γ-Alo（OH）的al-OH-AL键序列定义了羧酸的方向。利用MIL-53（Al）涉及通过吸附痕量气体的结构过渡的事实，我们在不同的气流中创建了一个反应式执行器。通过使用定向的MOF薄膜，可以实现各向异性结构变化，并且可以实现表现出反平行结构变化的手性执行器，并有望将其用于痕量VOC检测传感器和微生物学。 （2）通过使用调节剂分子来控制MOF的生长，获得了具有多种形态学的MOF纳米结构。特别是，在Cu2L2Dabco（L：羧酸配体）MOF中，使用纤维化金属氢氧化物作为起始材料，并以乙酸为调节剂分子获得了纤维MOF。使用此纤维MOF制备非织造织物滤清器，并实现了净水过滤器。

项目成果

Ausrichtung von Gastmolek?len und Defektbildung w?hrend der Porenf?llung in Metallorganischen Ger?stverbindungsd?nnschichten

冶金机械设备中的气体分子的分析和防御

• DOI: 10.1002/ange.202201725
• 发表时间: 2022
• 期刊: Angewandte Chemie
• 作者: Baumgartner Bettina;Mashita Risa;Fukatsu Arisa;Okada Kenji;Takahashi Masahide
• 通讯作者: Takahashi Masahide

Colloidal dispersion of chiral layered hydroxide salt (LHS) nanocrystals exhibiting chiroptical response

• DOI: 10.1007/s10971-022-05766-4
• 发表时间: 2022-04
• 期刊: Journal of Sol-Gel Science and Technology
• 影响因子: 2.5
• 作者: Yasuaki Tokudome;Akihiro Koyama;H. Murata;K. Okada;A. Nakahira;S. Nishimura;Masahide Takahashi

銅系金属有機構造体と水酸化銅によるエピタキシャル界面の微視的観察

铜基金属有机骨架与氢氧化铜外延界面的显微观察

• 发表时间: 2021
• 作者: 川原早貴;岡田健司;深津亜里紗;高橋雅英
• 通讯作者: 高橋雅英

1次元金属水酸化物チキソトロピー性懸濁液の剪断による配向薄膜の形成

通过一维金属氢氧化物触变悬浮液的剪切形成取向薄膜

• 发表时间: 2021
• 作者: 大橋亮介;岡田健司;深津亜里紗;高橋雅英
• 通讯作者: 高橋雅英

逆メソ構造内でのシングルナノメートルスケールの結晶性シリカナノ粒子形成

倒置介观结构内单纳米级结晶二氧化硅纳米颗粒的形成

• 发表时间: 2022
• 作者: 小寺 祥仁;深津亜里紗;岡田健司;高橋雅英
• 通讯作者: 高橋雅英