自在に設計可能なシングルサイト金属含有3次元的結晶性炭素の創生と機能開拓

可自由设计的单点含金属三维结晶碳的创建和功能开发

基本信息

批准号：
22KJ0294
负责人：
千田晃生
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

近年、金属有機構造体(MOF)のような有機系結晶が、多孔性炭素材料の前駆体分子として利用さているが、有機系結晶由来の3次元的規則構造性は炭素化過程中に崩壊し、従来の多孔性炭素と同様にアモルファスな構造となることが知られている。この点において、熱重合部位を有する金属ポルフィリンを前駆体分子として採用すると、熱処理後も有機系結晶由来の規則構造性を維持した特異な炭素材料である規則性炭素化物構造体(OCF)が得られる。しかしながら、OCF中に固定化されている金属種はNiやFeのみに限られており、報告されている前駆体分子種も少ないことが課題である。当該研究では、前駆体分子の設計に着目し、OCFの細孔構造や活性点近傍の電子状態などが、所望の反応系に適したテーラーメードな設計を行い、OCFを幅広い触媒応用展開が可能な新たなプラットフォームとすることを目的としている。本年度は、OCFを形成する前駆体分子種を新たに2件報告し、前駆体分子中に導入される熱重合部位の数が、得られるOCFの多孔性に影響を与える要因の1つであることを見出した。さらに、本年度は同一のポルフィリン前駆体分子を用いて、得られるOCF中に単一のCoおよびCu種が高分散で担持された材料を調製し、金属種の拡張に成功した。また、同一のポルフィリン前駆体分子種を用いると、Ni, CoおよびCuポルフィリンは同一の結晶構造を有していることが明らかとなった。そこで、同一の結晶構造を有するCoおよびCuポルフィリンの混合・熱処理を試みた。その結果、単核CoおよびCuがほとんど偏析なく高分散に固定化されたOCFが調製され、金属種の拡張のみならず、新たに複数種の金属種を有するOCFの調製に成功した。

近年来，有机晶体（例如金属有机结构（MOF））已被用作多孔碳材料的前体分子，但众所周知，在碳化过程中源自有机晶体衰减的三维有序结构，导致与常规多孔碳相似的非惯性结构。在这方面，当将具有热聚合位点的金属卟啉用作前体分子时，常规碳化结构（OCF）是一种独特的碳材料，即使在热处理后，也可以保持有机晶体的有序结构。但是，固定在OCF中的金属物种的数量仅限于Ni和Fe，而报告的前体分子物种的数量也很少。这项研究的重点是前体分子的设计，旨在创建一个新的平台，允许多种催化剂应用，例如OCF的孔结构和活动点附近的电子状态，适用于所需的反应系统。今年，我们报道了形成OCF的两个新的前体分子物种，发现引入前体分子的热聚合位点的数量是影响所得OCF孔隙率的因素之一。此外，今年，使用相同的卟啉前体分子，在制备产生的OCF的高度分散体中，单个CO和Cu物种得到了一种材料，并成功扩展了金属物种。此外，当使用相同的卟啉前体分子物种时，已经发现Ni，Co和Cu卟啉具有相同的晶体结构。因此，我们尝试与具有相同晶体结构的CO和CU卟啉混合和热处理。结果，制备了OCF，其中单核CO和CU被固定在高度分离的高度分离中，不仅扩大了金属物种，而且还可以成功制备了具有多种新金属物种的OCF。

项目成果

期刊论文数量（13）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

有機金属錯体の炭素化により合成される規則性ポーラスカーボンの調製

有机金属配合物碳化制备规则多孔碳

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
千田晃生;吉井丈晴;日吉範人;伊藤徹二;神谷和秀;井上真隆;谷文都;西原洋知
通讯作者：
西原洋知

Bimetallic ordered carbonaceous frameworks from Co- and Cu-porphyrin bimolecular crystals

DOI：
10.1016/j.carbon.2022.09.017
发表时间：
2022-09
期刊：
Carbon
影响因子：
10.9
作者：
Koki Chida;Takeharu Yoshii;N. Hiyoshi;T. Itoh;J. Maruyama;K. Kamiya;Masataka Inoue;F. Tani
通讯作者：
Koki Chida;Takeharu Yoshii;N. Hiyoshi;T. Itoh;J. Maruyama;K. Kamiya;Masataka Inoue;F. Tani

Synthesis of Hexa-Aminated Trinaphtho[3.3.3]propellane and Its Porous Polymer Solids with Alkane Adsorption Properties

六胺化三萘并[3.3.3]丙烷的合成及其具有烷烃吸附性能的多孔聚合物固体

DOI：
10.1246/bcsj.20220180
发表时间：
2022
期刊：
Bulletin of the Chemical Society of Japan
影响因子：
4
作者：
Kato Kenichi;Seto Nobuyoshi;Chida Koki;Yoshii Takeharu;Mizuno Motohiro;Nishihara Hirotomo;Ohtani Shunsuke;Ogoshi Tomoki
通讯作者：
Ogoshi Tomoki

Carbon 2022

碳2022