ナノ多孔性錯体の粒径・形状制御と表面特性解析に立脚した特異的吸着挙動の精密制御

本研究の目的は，ソフト多孔性錯体(SPC)が示す構造転移挙動を伴う特異な吸着挙動(ゲート吸着)を粒子サイズにより制御し，所望の条件でのゲート吸着を示す材料設計への展開を図るものである。本年度の年次計画では「SPCの粒子サイズと構造転移挙動およびゲート吸着挙動との関係性解明」および「分子シミュレーションを用いたナノSPCが示すゲート吸着挙動の理解」であった。そこで，SPCの一種であるZeolitic imidazolate framework-8(ZIF-8)を対象に検討を行った。その成果として，1)古典的核生成理論に基づく粒子サイズ予測，2)自由エネルギー解析によるSPCsが示すゲート吸着の粒径依存性の定量的予測，が挙げられる。1)反応条件から粒子サイズ・形状の予測に向けて，古典的核生成理論と二次元核形成機構に基づく検討を行った。古典的核生成理論により生成する核の個数濃度を算出し，実験によって得られる粒子の個数濃度と比較することでZIF-8の表面エネルギーと溶解度積を決定し，濃度条件から粒子サイズを予測する式を得た。2)ZIF-8粒子表面の存在が吸着挙動に及ぼす影響を検討するために，気相領域を設定したシミュレーションセル (ナノ粒子モデル) を構築し，吸着シミュレーションおよび自由エネルギー解析を行った。吸着シミュレーション結果から，バルク結晶部と吸着挙動が異なる粒子表面近傍部の幅は1.0 nmであり，この幅は粒子幅に依存しないことを見出した。ナノ粒子モデルの粒子幅を変化させたところ，粒子幅が減少するに伴い表面近傍部の影響が顕著になることを確認した。以上の結果を踏まえ，サブミクロンサイズのZIF-8粒子の吸着量を推算するモデルを構築した。推算した吸着等温線を用いた自由エネルギー解析から求めたゲート吸着・脱着圧は，実験結果と概ね良好に一致することを確認した。

本研究の目的は，ソフト多孔性錯体(SPC)が示す構造転移挙動を伴う特異な吸着挙動(ゲート吸着)を粒子サイズにより制御し，所望の条件でのゲート吸着を示す材料設計への展開を図るものである。本年度の年次計画では「SPCの粒子サイズと構造転移挙動およびゲート吸着挙動との関係性解明」および「分子シミュレーションを用いたナノSPCが示すゲート吸着挙動の理解」であった。そこで，SPCの一種であるZeolitic imidazolate framework-8(ZIF-8)を対象に検討を行った。その成果として，1)古典的核生成理論に基づく粒子サイズ予測，2)自由エネルギー解析によるSPCsが示すゲート吸着の粒径依存性の定量的予測，が挙げられる。1)反応条件から粒子サイズ・形状の予測に向けて，古典的核生成理論と二次元核形成機構に基づく検討を行った。古典的核生成理論により生成する核の個数濃度を算出し，実験によって得られる粒子の個数濃度と比較することでZIF-8の表面エネルギーと溶解度積を決定し，濃度条件から粒子サイズを予測する式を得た。2)ZIF-8粒子表面の存在が吸着挙動に及ぼす影響を検討するために，気相領域を設定したシミュレーションセル (ナノ粒子モデル) を構築し，吸着シミュレーションおよび自由エネルギー解析を行った。吸着シミュレーション結果から，バルク結晶部と吸着挙動が異なる粒子表面近傍部の幅は1.0 nmであり，この幅は粒子幅に依存しないことを見出した。ナノ粒子モデルの粒子幅を変化させたところ，粒子幅が減少するに伴い表面近傍部の影響が顕著になることを確認した。以上の結果を踏まえ，サブミクロンサイズのZIF-8粒子の吸着量を推算するモデルを構築した。推算した吸着等温線を用いた自由エネルギー解析から求めたゲート吸着・脱着圧は，実験結果と概ね良好に一致することを確認した。