Developments of Versatile Nanosheet Formation Methods by Supramolecular Stimuli of Cyclic Compounds and Its Characterization

环状化合物超分子刺激多功能纳米片形成方法的进展及其表征

基本信息

批准号：
22K05064
负责人：
角田貴洋
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Kanazawa University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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

厚さが数ナノメートルのシート状材料は、ナノシートと呼ばれ、小型化、省資源性の観点から注目される。有機物のナノシートは、電気や光特性において単物質の性能を超えると示されている。ボトムアップ的な形成が利用できるが、均一構造形成の難しさから合成例が限られる。無機物のナノシートは、液晶性やガスバリヤ性を示す。無機積層体からトップダウン的に形成するが、すべての無機積層体の完全剥離は困難である。本研究では、有機ナノシートと無機ナノシートの形成方法として、カチオン性環状化合物のホスト－ゲスト相互作用が生み出す「超分子刺激」を利用した、ナノシート形成システム構築を目的とした。これまで臭素末端の炭素数12の置換基を導入したピラー[5]アレーンを合成し、トリメチルアミンやイミダゾールによりカチオン化を試みた。その結果、対アニオンが臭素のカチオン性ピラー[5]アレーンが得られた。同様の手法を利用することで、アルキル鎖の炭素数が2、4、6、10のカチオン性ピラー[5]アレーンを合成した。イミダゾールを導入したピラー[5]アレーンは、対アニオンを交換することで融点の低下が確認された。作成したカチオン性ピラー[5]アレーンとスメクタイト系のベントナイトを混合した。カチオン性ピラー[5]アレーンは、ベントナイト中の陽イオンと交換し、層間に挿入可能であった。アルキル鎖の長いピラー[5]アレーンにおいて効率よく挿入可能であった。これは、長いアルキル鎖が層間挿入時のエネルギーである毛細管力が働いたためと考えられる。これら挿入された量は、TGAにより測定し、挿入後のベントナイトは、X線回折により評価した。その結果、カチオン性ピラー[5]アレーン導入に伴い、層間距離が増大した。これは、層間に金属カチオンより大きいサイズのピラー[5]アレーンが導入したためと考えられる。

厚度为数纳米的片状材料被称为纳米片，从小型化和资源节约的角度出发受到关注。有机纳米片已被证明在电学和光学性能方面超过了单一材料的性能。虽然可以使用自下而上形成，但由于难以形成均匀结构，合成实例受到限制。无机纳米片表现出液晶特性和气体阻隔特性。尽管它是由无机层压体以自上而下的方式形成的，但是很难将所有无机层压体完全剥离。在这项研究中，我们的目的是构建一个纳米片形成系统，利用阳离子环状化合物的主客体相互作用产生的“超分子刺激”作为形成有机和无机纳米片的方法。到目前为止，我们已经合成了溴端带有12个碳取代基的柱[5]芳烃，并尝试用三甲胺或咪唑将其阳离子化。结果，获得了以溴作为抗衡阴离子的阳离子柱[5]芳烃。采用类似的方法，我们合成了烷基链碳数为2、4、6和10的阳离子柱[5]芳烃。证实引入咪唑的柱[5]芳烃的熔点通过交换抗衡阴离子而降低。将产生的阳离子柱[5]芳烃和蒙脱石膨润土混合。阳离子柱[5]芳烃能够与膨润土中的阳离子交换并插入层间。具有长烷基链的柱[5]芳烃中可以有效插入。这被认为是由于毛细管力的作用，毛细管力是长烷基链插入层间时的能量。通过TGA测量嵌入量，并通过X射线衍射评价嵌入后的膨润土。结果，随着阳离子柱[5]芳烃的引入，层间距离增加。这被认为是由于在层之间引入了尺寸大于金属阳离子的柱[5]芳烃。