Exploration of Smart Flexible PCPs/MOFs with local dynamics for gas selectivity and conversion

探索具有气体选择性和转化局部动力学的智能柔性PCP/MOF

基本信息

批准号：
21F20340
负责人：
北川進
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：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

多孔性配位高分子(PCP)は、金属イオンと多座配位子からなる結晶性を有した無機－有機ハイブリッド材料であり、ガス分子の高い分離・濃縮機能のみならず、ガスセンサや触媒などを含めた多様な応用が可能なことから次世代の材料として高い注目を集めている。本研究では、PCPの局所ダイナミクス制御による新規機能の開拓を目指した。局所ダイナミクス制御を行うデザインとして、構造に柔軟性を持つπ共役系配位子の設計を行い、金属種の異なる種々の新規PCP化合物群を開発することに成功した(NDI-PCP群)。電子線回折や放射光を用いたX線回折測定、X線吸収分光法を用いて、NDI-PCP群の詳細な構造を明らかにした。NDI-PCP群はお互いに似たよような細孔構造を持っているが、用いる金属中心の配位様式が異なることで骨格内のπスタッキングの距離や様式が異なり、それにより異なる電子特性を有していた。また混合金属型のNDI-PCP群の合成も可能であり、混合比の調整によっても電子特性を制御できることがわかった。NDI-PCP用いて動的センサデバイスを構築し、そのセンサ特性を調べたところ、揮発性有機化合物（VOC）に対して高い感度と選択性を示した。（Angew. Chem. Int. Ed. e202215234, 2022.）また、NDI-PCP群は熱安定性も非常に高く、Redox活性を有することから触媒特性も有する。実際に、混合金属型NDI-PCPを用いた触媒能を調べたところ、金属種の選択により高い二酸化炭素及び硝酸イオンの電気分解において高い反応性を実現することが可能であることも分かった。in-situ IR、in-situ X線吸収分光、in-situ X線回折などのin-situ触媒特性評価技術により、触媒の反応機構や触媒性能と触媒構造の関連性を検討しており、原著論文として報告予定である。

多孔配位聚合物（PCP）是一种由金属离子和多齿配体组成的结晶型无机-有机杂化材料，不仅用于气体分子的高度分离和浓缩功能，还用于气体传感器、催化剂等。作为下一代材料受到很多关注，因为它可以用于多种应用，包括。在本研究中，我们旨在通过控制 PCP 的局部动态来开发新功能。作为控制局部动力学的设计，我们设计了具有结构灵活性的π共轭配体，并成功开发了多种具有不同金属种类的新型PCP化合物基团（NDI-PCP基团）。通过电子衍射、使用同步加速器辐射的 X 射线衍射测量和 X 射线吸收光谱，我们揭示了 NDI-PCP 基团的详细结构。 NDI-PCP基团具有相似的孔结构，但由于所使用的金属中心的配位方式不同，骨架内π堆积的距离和方式不同，导致电子性能不同。还发现可以合成混合金属NDI-PCP基团，并且可以通过调节混合比例来控制电子性能。我们使用 NDI-PCP 构建了动态传感器器件并研究了其传感器特性，该器件对挥发性有机化合物 (VOC) 显示出高灵敏度和选择性。（Angew. Chem. Int. Ed. e202215234，2022。）此外，NDI-PCP基团具有非常高的热稳定性，并且由于具有氧化还原活性而具有催化性能。事实上，当我们研究混合金属NDI-PCP的催化能力时，我们发现通过选择金属种类可以在二氧化碳和硝酸根离子的电解中实现高反应活性。利用原位红外、原位X射线吸收光谱、原位X射线衍射等原位催化剂表征技术，研究催化剂的反应机理以及催化剂性能与催化剂结构之间的关系。这将作为论文进行报告。

项目成果

期刊论文数量（3）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Fine Pore‐Structure Engineering by Ligand Conformational Control of Naphthalene Diimide‐Based Semiconducting Porous Coordination Polymers for Efficient Chemiresistive Gas Sensing

通过配体构象控制萘二酰亚胺基半导体多孔配位聚合物的精细孔结构工程，实现高效化学电阻气体传感

DOI：
10.1002/anie.202215234
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Xue Ziqian;Zheng Jia‐Jia;Nishiyama Yusuke;Yao Ming‐Shui;Aoyama Yoshitaka;Fan Zeyu;Wang Ping;Kajiwara Takashi;Kubota Yoshiki;Horike Satoshi;Otake Ken‐ichi;Kitagawa Susumu
通讯作者：
Kitagawa Susumu

Naphthalene Diimide-Based Semiconducting Porous Coordination Polymers for Efficient Chemiresistive Gases Sensing

用于高效化学电阻气体传感的萘二酰亚胺基半导体多孔配位聚合物