金属有機構造体を用いたプラズマ生成活性種の選択的活用

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本研究の目的は、細孔サイズを多彩かつ高精度に制御可能な金属有機構造体(MOF)を用いたプラズマ生成活性種の新たな選択的活用手法を創出することである。より具体的には、3つの観点、(a)篩としての特定活性種の取り出し、(b)特定活性種のMOF内での利用・反応、(c) 吸着による特定活性種の保存・輸送、への可能性を検証し、「MOFを用いたプラズマ生成活性種の新たな選択的活用手法」を創出することを目的としている。該当期間においては、プラズマ雰囲気での篩としての評価と、相互作用の基礎となる実験装置の準備、更には、分子動力学法による現象の理解に取り組んだ。様々なMOFを用いた研究を展開する計画であるが、安定度の高いZeolitic imidazolate framework (ZIF-8)を用いた実験から着手した。低圧グロー放電を用いたこともあるが、プラズマ中でZIF-8に明瞭な損傷は見られないことを、X線回折法(XRD)や、フーリエ変換赤外分光法、走査型電子顕微鏡などで確認をした。あわせて、プロパンなどの炭化水素分子から生成される水素原子/分子のその場抽出を行い、プラズマ中の特定の粒子を優先的に抽出できることを実験的に確認した。また、分子動力学法を用いた現象の理解にも取り組み、例えば、窒素原子においては、窒素分子と比較し、粒子サイズの減少による効果よりも、反応性の寄与により、MOF内の特定の位置に停滞する傾向がみられた。これらの結果などから、反応活性種の貯蔵に対する可能性の高さを改めて実感し、その検証に向けた準備に取り組んだ。水晶振動子をもちいたMOF構造物の重量変化に関する検証を可能とする実験装置の構築を進め、検証実験が出来る状態に近づけることができた。以上の様に、プラズマ―MOF相互作用に関する可能性を一部実証することができ、また、更なる展開に向けた十分な進展が得られた。