Brand-new nanoporous materials with a liquid-crystal transition point at room temperature for on-site gas supply systems

用于现场供气系统的具有室温液晶转变点的全新纳米多孔材料

基本信息

批准号：
22H01905
负责人：
二村竜祐
金额：
$ 11.32万
依托单位：
Shinshu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では新奇機能性材料である流動性ナノカーボンを、①『分子ナノカーボンを骨格に有するイオン液体の合成』により達成する。そして、②基礎物性を評価（融点、ガス吸着能、光学特性等）し、独自の手法である③3次元液体構造解析により機能性を分子レベルで明らかにする。さらに最終目標として、④流動性ナノカーボンの相転移現象を能動的に利用することで初めて可能となる、省エネルギーなオンサイトガス分離・貯蔵システムを開発する。1年目の本年度は、特に①と②に注力し、研究を行った。①分子ナノカーボンを骨格に含むイオン液体の合成（担当:二村、関口）アントラセンを骨格中に含むイオン液体の合成を行った。ウルマンカップリング反応を含む3段階の合成法により、トータル収率7％にて目的の化合物を得ることができた。今後、収率の向上を試みる。目的の化合物は室温で液体として得られ、π共役系特有の蛍光発光を示すイオン液体であることを確認した。本手法はアントラセン以外にも、より大きなπ共役系分子を骨格に含むイオン液体に対しても展開可能であり、今後ピレンやテルフェニル、カーボンナノリングなどを用いて検討を行う。②流動性ナノカーボンの基礎物性評価（担当:二村）合成によって得たアントラセンを骨格に含むイオン液体についてDSC測定を行い、相転移挙動を確認した。DSC測定により合成物の融点は70℃付近に存在するが、融解後は室温でも数か月以上の間安定に液体として存在するイオン液体であることが確認できた。この知見は、流動性ナノカーボンの有する液体-結晶相転移に対する非常に重要な知見である。今後は陰イオンの種類を変更することでより低融点を持つ流動性ナノカーボンの合成や、そのガス吸着能について詳細に検討を行う。

在这项研究中，我们将通过①“以分子纳米碳为骨架的离子液体的合成”来实现流体纳米碳，这是一种新型功能材料。然后，我们（2）评估基本物理性质（熔点、气体吸附能力、光学性质等），（3）使用我们独特的三维液体结构分析方法在分子水平上澄清功能。此外，作为最终目标，（4）我们将开发一种节能的现场气体分离和存储系统，该系统将通过积极利用流体纳米碳的相变现象首次成为可能。今年是第一年，我们的研究重点是①和②。 ①骨架中含有分子纳米碳的离子液体的合成（负责人：二村、关口）我们合成了骨架中含有蒽的离子液体。通过乌尔曼偶联反应等三步合成方法，得到目标化合物，总收率7%。未来我们将努力提高良率。得到的目标化合物在室温下为液体，并且确认其是表现出π共轭体系的荧光特性的离子液体。除了蒽之外，该方法还可以应用于骨架中含有较大π共轭分子的离子液体，未来我们将研究使用芘、三联苯、碳纳米环等。 ②流体纳米碳的基本物性评价（负责人：二村）对合成得到的骨架含有蒽的离子液体进行DSC测定，确认了相变行为。 DSC测量显示该化合物的熔点约为70°C，但已证实它是一种离子液体，即使在室温下熔化后数月仍保持稳定的液体状态。这一发现对于流体纳米碳的液晶相变极其重要。未来我们将通过改变阴离子的类型来合成熔点更低的流体纳米碳，并详细研究其气体吸附能力。