Development of Polymer Recognition and Imprinting Technology by Metal-Organic Frameworks

金属有机框架聚合物识别与印迹技术的发展

• 批准号: 21H01981
• 负责人: 細野 暢彦
• 金额: $ 11.07万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 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-21H01981/
• 关键词: 分子認識; 多孔性金属錯体; 多孔性配位高分子; 分離; 分子インプリント; 認識; 高分子; 配位高分子; クロマトグラフィー; 多孔性錯体

本研究では、分子が規則的に配列したナノ細孔を有する多孔性錯体結晶（Metal-Organic Framework: MOF）を利用し、従来の技術では難しかった高分子化合物の構造認識を達成し、その原理に基づいた革新的高分子分離・分析技術の開発を目指すものである。高分子認識原理の学術的理解、その原理に基づいた高分子化合物のカラムクロマトグラフィー分離分析法の開発を行うとともに、高分子を鋳型として用いた高分子インプリント技術による次世代の超特異的高分子認識技術の基礎を目的とする。本研究では具体的に以下に示す３項目について検討し、目的とする技術基盤の確立を行う。(1) MOFへの高分子包接メカニズムの解明(2) 高分子の構造認識とMOFカラムクロマトグラフィー(3) 高分子インプリント法による高分子構造のMOFへの刷り込み本年度は(1)および(2)について検討し、顕著な成果を得た。サブナノメートル（1ナノメートル以下）のサイズの細孔へ高分子が溶液中から自発的に浸入し、吸着される現象を発見した。本現象の溶媒依存性や温度依存性について詳細に検討し、MOFへの高分子吸着および脱離の熱力学的メカニズムの一端を解明するに至った。これまでサブナノサイズの細孔へ高分子が自発的に浸入する現象はほとんど知られておらず、メカニズムも謎のままであったが、本成果によって現象の理解が大きく進展をした。また、この本吸着原理をもとに、MOFを固定相とした新しいクロマトグラフィー分離法を開発することにも成功した。さらに、MOF固溶体を用いて細孔構造を精密に調整することで、高分子の保持傾向を変化させることのできる新しいMOF固定相の開発にも成功した。

在这项研究中，我们使用了一种具有分子规则排列的纳米孔的多孔复合晶体（金属有机框架：MOF），以实现传统技术难以实现的高分子化合物的结构识别，以及其背后的原理。是基于开发创新的聚合物分离和分析技术除了从学术上理解聚合物识别原理并开发基于这些原理的高分子化合物的柱色谱分离和分析方法外，我们还将利用以聚合物为模板的聚合物压印技术开发下一代超特异性聚合物。提供分子识别技术的基础知识。在本研究中，我们将具体考虑以下三项并建立有针对性的技术基础设施。 （1）阐明MOF中的聚合物包合机制（2）聚合物结构的识别和MOF柱色谱（3）使用聚合物印迹方法将聚合物结构印迹到MOF上今年，我们将重点关注（1）和我们研究（2） ）并取得了显著成果。我们发现了聚合物自发地从溶液中进入亚纳米（小于1纳米）尺寸的孔隙并被吸附的现象。我们详细研究了这种现象的溶剂依赖性和温度依赖性，并能够阐明聚合物在 MOF 上吸附和解吸的部分热力学机制。到目前为止，人们对聚合物自发渗透到亚纳米尺寸孔隙的现象知之甚少，其机制仍然是个谜，但这一结果在理解这一现象方面取得了重大进展。此外，基于这种吸附原理，我们成功开发了一种以MOF为固定相的新型色谱分离方法。此外，通过使用MOF固溶体精确调节孔结构，我们成功开发了一种可以改变聚合物保留趋势的新型MOF固定相。

项目成果

MOFカラムクロマトグラフィーにおける高分子化合物の保持挙動

高分子化合物在 MOF 柱色谱中的保留行为

• 发表时间: 2021
• 作者: 木岡 薫・細野 暢彦・植村 卓史

MOFへの高分子吸着メカニズム

MOF 上聚合物的吸附机理

• 发表时间: 2021
• 作者: 大江 功能・細野 暢彦・植村 卓史

Metal-Organic Frameworks as Versatile Media for Polymer Adsorption and Separation

金属有机框架作为聚合物吸附和分离的多功能介质

• DOI: 10.1021/acs.accounts.1c00377
• 发表时间: 2021
• 影响因子: 18.3
• 作者: Hosono Nobuhiko;Uemura Takashi
• 通讯作者: Uemura Takashi

Metal-Organic Frameworks/Conducting Polymer Hydrogel Integrated Three-Dimensional Free-Standing Monoliths as Ultrahigh Loading Li-S Battery Electrodes.

金属有机框架/导电聚合物水凝胶集成三维独立整体作为超高负载锂硫电池电极。

• DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b01033
• 发表时间: 2019-06-25
• 期刊: Nano letters
• 影响因子: 10.8
• 作者: Borui Liu;Renheng Bo;M. Taheri;Iol;a Di Bernardo;a;N. Motta;Hongjun Chen;T. Tsuzuki;Guihua Yu
• 通讯作者: Guihua Yu

Recognition of Polymer Terminus by Metal-Organic Frameworks Enabling Chromatographic Separation of Polymers.

通过金属有机骨架识别聚合物末端，实现聚合物的色谱分离。

• DOI: 10.1021/jacs.9b13568
• 发表时间: 2020-02-08
• 期刊: Journal of the American Chemical Society
• 影响因子: 15
• 作者: Nagi Mizutani;Nobuhiko Hosono;Benjamin Le Ouay;Takashi Kitao;Ryoichirou Matsuura;T. Kubo;T. Uemura
• 通讯作者: T. Uemura