Synthesis and application of carbon materials with helically-aligned nanopores and chiral spaces

具有螺旋排列纳米孔和手性空间的碳材料的合成及应用

基本信息

批准号：
21K05239
负责人：
丸山純
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Osaka Research Institute of Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K05239/
关键词：
炭素材料らせん構造光学活性不斉触媒電極

项目摘要

らせん構造のキラル材料は、光学分割や不斉合成触媒等の重要な機能を有するため注目を集めている。最近研究代表者は、ナノ細孔が規則的にらせん配列した、全く新しい炭素材料の開発に成功している。しかし、細孔鋳型に用いたポリスチレン（PS）ナノ粒子の微小化には限度があることから、現状では、細孔サイズ、らせんピッチは数10～数100 nmであり、分子サイズとは一桁以上異なるため、幅広い展開が期待できる不斉合成触媒等への応用は困難であった。そこで、本研究では、細孔鋳型のナノ粒子を微小化し、炭素源、芯材、自己組織化法を一新して、ナノ細孔がらせん状に規則配列し、かつ光学活性分子と相互作用する非対称な空間（キラル空間）を有する炭素材料の作製を試みる。その炭素材料を電気化学反応に応用し、キラル空間を反応サイトとする、安定な不斉触媒を開発することを本研究の目的とする。2021年度には、芯材として用いた多層カーボンナノチューブ(MWCNT)上に、お互いに融合した10 nm程度の炭素ナノ球殻(CHNS)が、らせん状かつ規則的に配列している炭素材料を合成した。真空紫外円二色性分光分析の結果、らせん方向に応じて正負のシグナルが観察され、また、光学活性なビナフチルの水溶液、またはフェロセン誘導体のアセトニトリル溶液中、立体配置に依存した選択的な電気化学的酸化反応が進行することが見出され、合成された炭素材料が光学活性を有し、キラル識別能を有していることが明らかとなった。このキラル識別機構は、これまでに報告されているキラルインプリンティング機構とは異なり、球殻外壁とMWCNTが形成する、光学活性な壁面配置に起因することが示唆されている。2022年度は、この光学活性な壁面配置を有する細孔に触媒を担持することにより、不斉合成電極触媒材料を合成することを試みた。

具有螺旋结构的手性材料因其具有光学拆分和不对称合成催化剂等重要功能而受到关注。首席研究员最近成功开发了一种全新的碳材料，其中纳米孔以规则的螺旋排列排列。然而，用于孔模板的聚苯乙烯（PS）纳米粒子的小型化存在极限，目前孔径和螺距为几十至数百纳米，比分子尺寸小一个数量级。由于上述差异，一直难以将其应用于不对称合成催化剂等，有望有广泛的应用。因此，在本研究中，我们将孔模板的纳米粒子小型化，并更新碳源、核心材料和自组装方法，使纳米孔以规则的螺旋图案排列并与光学活性分子相互作用。创建具有不对称空间（手性空间）的碳材料。这项研究的目的是将这种碳材料应用于电化学反应并开发使用手性空间作为反应位点的稳定的不对称催化剂。 2021财年，我们将合成一种碳材料，其中约10纳米的碳纳米球壳（CHNS）以螺旋状和规则排列的方式融合在用作核心材料的多壁碳纳米管（MWCNT）上。真空紫外圆二色光谱的结果是，根据螺旋方向观察到正信号和负信号，并且在光学活性联萘的水溶液或二茂铁衍生物的乙腈溶液中观察到取决于构型的选择性电化学。发现氧化反应进行，并且明确合成的碳材料具有光学活性和手性辨别能力。这种手性辨别机制与迄今为止报道的手性印记机制不同，被认为是由于球壳外壁和多壁碳纳米管形成的光学活性壁排列所致。 2022年，我们尝试通过这种光学活性壁排列在孔中负载催化剂来合成不对称合成的电催化剂材料。

项目成果

期刊论文数量（9）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

ミュンヘン工科大学(ドイツ)

慕尼黑工业大学（德国）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Application of Cylindrical Carbon with Helically Aligned Pores

具有螺旋排列孔的圆柱形碳的应用

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Jun Maruyama;Tsutomu Shinagawa;Mitsuru Watanabe;Yukiyasu Kashiwagi;Shohei Maruyama;Toru Nagaoka;Wakana Matsuda;Yusuke Tsutsui;Shu Seki;Hiroshi Uyama
通讯作者：
Hiroshi Uyama

【論文掲載】共同研究成果（英国王立化学会ナノ科学専門誌Nanoscale）

【论文发表】联合研究成果（英国皇家化学学会纳米科学期刊Nanoscale）