ヒドリド金属―有機構造体による水素貯蔵／二酸化炭素変換材料の創出

利用氢化物金属有机结构创建储氢/二氧化碳转化材料

基本信息

批准号：
21F21761
负责人：
堀毛悟史
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

強い還元性を示すヒドリド（H-）を前駆体として用い、金属－有機構造体MOFや共有結合性構造体COFを始めとした固体材料を合成することを主たる目的とした。COF合成においては、ピペラジンにNaBH4、CO2を反応させて得られる1,4-ジアルデヒドを前駆体とし、メラミンと縮合反応を行うことで、高い結晶性を示すCOFの合成に成功した。得られたCOFはトリアジン骨格からなり、極めて高い耐水性、耐酸・塩基性、熱安定性を示す。この特性を利用し、多孔体としての評価によりBET表面積が1500 m2/gであることを示した。また親水性の特性を利用し、加湿雰囲気におけるプロトン伝導性を評価したところ、10^-2 S/cmを超えるプロトン伝導度を得ることができた。MOFにはない材料としての安定性と特性をもつCOFをヒドリドとCO2から簡便に合成できることを示した。一方、ヒドリドとCO2の反応性を制御することで、CO2貯蔵材料としての研究の可能性を検討した。アンモニアボラン（NH3BH3）はそのヒドリド還元特性によりCO2と反応することが知られているが、その反応は強い発熱反応であり、急激な高分子化を伴うことからその制御は難しかった。我々は導入するCO2の濃度や反応温度を調整することにより、ランダムな高分子化反応を抑制し、CO2分子がアンモニアボランに挿入された錯体として単離することに成功した。アンモニアボランの質量は約31であり、そこにCO2が挿入されるため、重量当りのCO2貯蔵という観点で高い性能を示す。

主要目的是使用Hydride（H-）合成固体材料，例如金属有机结构MOF和共价结构COF，该结构（H-）表现出强大的还原性能作为前体。在COF合成中，通过将哌嗪与NaBH4和CO2反应为前体获得了1,4-二醛，并进行了与三聚氰胺的凝结反应，以合成具有高结晶度的COF。所得的COF由三嗪骨骼组成，表现出极高的防水性，酸性抗性和热稳定性。利用该特性，通过评估作为多孔身体，BET表面积显示为1500 m2/g。此外，通过利用亲水性特性，评估了质子的电导率，并获得了超过10^-2 s/cm的质子电导率。已经表明，具有稳定性和特性作为MOF中未发现的材料的COF可以很容易地从氢化物和CO2中合成。另一方面，通过控制氢化物和二氧化碳的反应性，我们研究了研究可能是二氧化碳储存材料。已知硼烷（NH3BH3）由于其氢化物还原性能而与CO2反应，但其反应是强烈的放热反应，并伴随着突然的聚合，因此难以控制。通过调节引入的二氧化碳浓度和反应温度，我们抑制了随机聚合反应，并成功地将二氧化碳分子分离为插入氨基氨基氨基的复合物。硼烷的质量约为31，二氧化碳被插入那里，在每次重量的二氧化碳存储方面显示出高性能。