多彩な幾何学的形状を有する金属錯体ナノチューブの創製と機能開拓

各种几何形状金属复合纳米管的创建和功能开发

基本信息

批准号：
19J23310
负责人：
青木健太郎
金额：
$ 1.98万
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：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

金属錯体ナノチューブは、環状多角形錯体をハロゲン分子で酸化的高分子化することによってボトムアップ的に合成され、一次元疎水性ナノ細孔の細孔径や形状を精密に設計できるという特徴を有する。本研究では、このボトムアップ合成法の利点を活かして、多彩な機能や幾何学的形状を有する疎水性ナノ細孔の創成および機能開拓を目指す。前年度までの研究で、申請者は超プロトン伝導性の発現を狙ってフッ素で置換基修飾した配位子を用いて環状四角形錯体を合成し、臭素により酸化的に重合して正方柱型の金属錯体ナノチューブを合成した。得られたナノチューブは、フッ素置換していないナノチューブよりも高いプロトン伝導度が観測され、ナノ細孔の表面をフッ素修飾したことによる疎水性の向上を明らかにした。本年度は、この金属錯体ナノチューブの疎水性ナノ細孔中に包接された水の相転移挙動を詳細に検討した。示差走査熱量測定から、-170～30 ℃の加熱・冷却過程において水の固液相転移由来の吸熱・発熱ピークは観測されず、バルクの水の相転移挙動とは大きく異なることを見出した。また、温度可変固体核磁気共鳴分光測定から、水由来の信号の半値幅は連続的に変化し、疎水性ナノ細孔中に包接された水は連続的に固液相転移することが示唆された。また、フッ素置換してナノ細孔の疎水性が向上したことによる水の相転移挙動への影響を、無置換体と比較することで検討した。さらに、低温のプロトン伝導度測定を行い、固体核磁気共鳴分光測定の結果を比較することで、固液相転移に伴う水分子の運動の連続的な凍結とプロトン伝導性の間に明瞭な相関関係を見出した。本研究はナノ細孔の疎水性を制御し、細孔中に閉じ込められた水分子の静的・動的な物性を実験的に観測した初の例であり、ナノ細孔中の水分子に関する理解を深める上でこの研究のインパクトは大きいと言える。

金属复合物纳米管以自下而上的方式合成，通过将循环多边形复合物转化为卤素分子的氧化聚合物，并具有能够精确设计一维疏水性液压纳米孔的孔径和形状的特征。在这项研究中，我们旨在利用这种自下而上的合成方法的优势来创建和开发具有多种功能和几何形状的疏水纳米孔的功能发展。在上一年的研究中，申请人使用用氟修饰的配体合成了环状四边形复合物，以实现超细电导率的发展，然后用溴氧化聚合以合成平方柱形金属复合物纳米管。所获得的纳米管表现出比未氟取代的纳米管更高的质子电导率，并且由于纳米孔表面的氟修饰而揭示了疏水性的改善。今年，我们详细研究了这些金属复合物纳米管的疏水性纳米孔中水的相变行为。差异扫描量热法表明，在-170至30°C的加热和冷却过程中，没有观察到水中固液相变的吸热或放热峰，并且与散装水的相过渡行为有显着差异。此外，变化的温度固态核磁共振光谱表明，水源信号的半宽度不断变化，并且在疏水性纳米孔中的水经历了连续的固定相变。此外，通过将其与未取代的产物进行比较，研究了由于氟取代而改善纳米孔疏水性对水相变行为的影响。此外，通过进行低温质子电导率测量并比较固态核磁共振光谱的结果，我们发现与固液相过渡相关的水分子运动的连续冷冻之间存在明显的相关性。这项研究是控制纳米孔的疏水性的第一个例子，并在实验上观察了被困在毛孔中的水分子的静态和动态物理性质，可以说这项研究将对加深我们对纳米豆水中水分子的理解产生很大的影响。

项目成果

期刊论文数量（5）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

環状三角形錯体中への極性および非極性のゲスト分子の包接

环状三角配合物中包含极性和非极性客体分子

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kentaro Aoki;Kazuya Otsubo;Yukihiro Yoshida;Kunihisa Sugimoto;Hiroshi Kitagawa;青木健太郎・大坪主弥・Garry Hanan・杉本邦久・北川宏
通讯作者：
青木健太郎・大坪主弥・Garry Hanan・杉本邦久・北川宏

A square-shaped complex with an electron-acceptor ligand: unique cubic crystal symmetry and similarity to the inorganic mineral katoite

具有电子受体配体的方形配合物：独特的立方晶体对称性和与无机矿物卡托石的相似性