導電性メソポーラスカーボン中に高活性触媒を担持したナノ複合電極の開発と評価

ガス吸蔵、分離・分析、さらには不均一場における高触媒活性など、多孔性材料に要求される機能は多岐に渡る。必要とされる機能に適した有機基をあらかじめ合成し、その後、それらの有機化合物を「適当な節」を使うことによって繋ぐことができれば、有機基の持つ利点を最大限に生かした多孔性材料の設計が可能になる。本研究では、比較的高い配位数を持ち、かつ扱いやすい遷移金属として銅、亜鉛、コバルトなどを節に見立て、末端にカルボキシル基を有する有機化合物と組み合わせた、秩序性の高い金属-有機骨格(MOF)を構築した。なお、これらの評価には単結晶X線構造解析を主に用いた。MOF類の合成条件は、用いる金属や有機化合物により大きく変化したが、似たような構造を有する有機化合物を用いて、類似の合成を多数行った結果、経験的ながらも、効果的な結晶作製法を確立することができた。また、有機分子に様々な置換基を導入することにより、得られるMOFの構造が大きく変わることも、新たに見いだした。従来、結晶構造にほとんど変化を及ぼさないと考えられていたMe基でさえ、二次元的なMOFを三次元ネットワークへと成長する駆動力になりうることを示した点は、新たなトポロジーを有するMOFを設計する際にも有効な知見になるであろう。現時点では、得られた化合物の比表面積や触媒活性などの評価はできていないが、結晶構造解析の結果がガス分子や比較的小さな有機分子がアクセスしうる十分な空間を有していうることから、ガス吸蔵材料や分離分析用の担体としても利用できる可能性は極めて高いものと予想される。

ガス吸蔵、分離・分析、さらには不均一場における高触媒活性など、多孔性材料に要求される機能は多岐に渡る。必要とされる機能に適した有機基をあらかじめ合成し、その後、それらの有機化合物を「適当な節」を使うことによって繋ぐことができれば、有機基の持つ利点を最大限に生かした多孔性材料の設計が可能になる。本研究では、比較的高い配位数を持ち、かつ扱いやすい遷移金属として銅、亜鉛、コバルトなどを節に見立て、末端にカルボキシル基を有する有機化合物と組み合わせた、秩序性の高い金属-有機骨格(MOF)を構築した。なお、これらの評価には単結晶X線構造解析を主に用いた。MOF類の合成条件は、用いる金属や有機化合物により大きく変化したが、似たような構造を有する有機化合物を用いて、類似の合成を多数行った結果、経験的ながらも、効果的な結晶作製法を確立することができた。また、有機分子に様々な置換基を導入することにより、得られるMOFの構造が大きく変わることも、新たに見いだした。従来、結晶構造にほとんど変化を及ぼさないと考えられていたMe基でさえ、二次元的なMOFを三次元ネットワークへと成長する駆動力になりうることを示した点は、新たなトポロジーを有するMOFを設計する際にも有効な知見になるであろう。現時点では、得られた化合物の比表面積や触媒活性などの評価はできていないが、結晶構造解析の結果がガス分子や比較的小さな有機分子がアクセスしうる十分な空間を有していうることから、ガス吸蔵材料や分離分析用の担体としても利用できる可能性は極めて高いものと予想される。