Kinetic modelling of the gate adsorption of soft porous crystals based on in-situ stress measurements

基于原位应力测量的软多孔晶体门吸附动力学建模

• 批准号: 21H01690
• 负责人: 渡邉 哲
• 金额: $ 11.07万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01690/
• 关键词: Soft MOF; ゲート吸着; 速度論; AFM; エネルギー障壁; 自由エネルギー解析

本研究では，構造柔軟性を持つ多孔性配位錯体(Soft MOF)が示す，分子吸着が誘起する構造転移挙動を対象に，速度論的特性の解析手法確立とその機構解明を目指した検討を行う。Soft MOFとしてElastic Layered MOF-12(ELM-12)を対象とした。ELM-12は層状型Soft MOFの代表例であり，銅イオンにビピリジンが配位することで形成される２次元レイヤーを，トリフルオロメタンスルホン酸(OTf)を介して分散力で積層した層状構造を有し，層間隔が開くことでゲスト分子を取り込むという構造柔軟性を示す。本年度は，AFMセル内のエタノール蒸気濃度を制御できる実験環境の構築にまず取り組んだ。エタノール蒸気は，温度制御下でのエタノール浴から発生させた飽和蒸気を窒素ガスと任意の割合で混合することにより得た。これをAFMのclosed cellに流通させることで，異なるエタノール蒸気圧下でのAFM測定を行った。流通させたエタノール蒸気は，ガスクロによるエタノール濃度の測定結果と比較し，窒素ガスとの混合割合とエタノール蒸気圧との関係を求めた。これによって，所望のエタノール蒸気圧でのAFM測定が可能となった。AFM測定から得られるforce curveを，窒素ガス環境下とエタノール蒸気下で比較すると，窒素ガス環境下では斥力が小さく，また測定を繰り返しても1回目のような斥力は観測されなかったのに対し，エタノール蒸気下では斥力は大きく，繰り返しの測定でも同様のforceが得られた。これは，エタノール蒸気下では，エタノール分子がAFMプローブにより一旦押し出されても，再度ELM-12に吸着するため，同様のforceが繰り返されたのだと考えられる。この結果は，単一の粒子に対する構造変形過程を捉えることができたことを示唆する重要なデータである。

这项研究旨在建立一种分析动力学特性并阐明分子吸附引起的结构过渡行为的机理的方法，该结构柔性多孔配位复合物（软MOF）表现出来。软MOF靶向弹性分层MOF-12（ELM-12）。 ELM-12是分层软MOF的代表性示例，具有分层结构，其中通过将双吡啶与铜离子协调形成的二维层用通过三氟甲基磺酸（OTF）的分散力层压，并在范围内构成宾至如归的层面上的结构灵活性。今年，我们首先致力于创建一个可以控制AFM细胞中乙醇蒸气浓度的实验环境。通过在用氮气中以任何比例控制的温度控制在温度下从乙醇浴产生的饱和蒸气来获得乙醇蒸气。将其分布到AFM的闭孔，并在不同的乙醇蒸气压以下测量AFM。将分布的乙醇蒸气与使用气体铬的测量乙醇浓度的结果进行了比较，并确定了与氮气与乙醇蒸气压力的混合比之间的关系。这使得可以在所需的乙醇蒸气压力下测量AFM。当比较氮气环境和乙醇蒸气中从AFM测量中获得的力曲线时，在氮气环境中排斥很小，并且即使重复测量后，也没有观察到像第一次的排斥，而在乙醇蒸气下排斥力较大，并且在乙醇蒸气下进行了较大的抑制作用，并且使用重复的测量值获得了相同的力。这被认为是因为在乙醇蒸气下，乙醇分子曾经被AFM探针挤出，它们再次被吸附到ELM-12上，并重复相同的力。该结果是重要的数据，表明可以捕获单个粒子的结构变形过程。

项目成果

ソフト多孔性錯体(ELM-11)の大気暴露による細孔容量の減少機構解明とコアシェル化

阐明软质多孔复合物（ELM-11）暴露在空气中导致孔容量降低和核壳形成的机制

• 发表时间: 2022
• 作者: Satoshi Watanabe;Minoru T. Miyahara;渡邉 哲，平出翔太郎，國光隼，藤原篤史，宮原 稔
• 通讯作者: 渡邉 哲，平出翔太郎，國光隼，藤原篤史，宮原 稔

吸着技術の産業応用～基礎知識・吸着剤の特性・技術応用事例～

吸附技术的工业应用-吸附剂的基础知识、特点及技术应用实例-

• 发表时间: 2023
• 作者: Atsushi Fujiwara;Junwei Wang;Minoru T. Miyahara;Nicolas Vogel;and Satoshi Watanabe;渡邉 哲（分担執筆，第５章４節）
• 通讯作者: 渡邉 哲（分担執筆，第５章４節）

ソフト多孔性錯体(ELM-11)の大気暴露による細孔容量減少の原因究明と解決手法の提案

研究软质多孔复合物（ELM-11）暴露于空气中导致孔容减少的原因并提出解决方法

• 发表时间: 2021
• 作者: 渡邉哲;國光隼;藤原篤史;宮原稔
• 通讯作者: 宮原稔

Mechanism of CO2 Capacity Reduction of Flexible Metal-Organic Framework Caused by Water Adsorption

• DOI: 10.3389/fmats.2022.825592
• 发表时间: 2022-01
• 作者: Satoshi Watanabe;Shotaro Hiraide;Hayato Kunimitsu;Atsushi Fujiwara;M. Miyahara

Formation and Characterization of Spherical Superstructures Composed of ZIF-8 Particles

ZIF-8 颗粒球形超结构的形成和表征

• 发表时间: 2022
• 作者: Satoshi Watanabe;Atsushi Fujiwara;Minoru T. Miyahara
• 通讯作者: Minoru T. Miyahara