北川進教授ら、1つずつ分子を取り込む固体材料のナノ粒子化に成功 [Nature Chemistry]

2010年4月19日

【ポイント】
・簡便で汎用性が高い方法で多孔性金属錯体ナノ粒子の合成の開発に成功
・均一なナノ粒子ではバルクと比べガス分子の吸着挙動が大きく変化した

 国立大学法人京都大学(総長松本紘)と独アーヘン工科大学(学長エルンスト・シュマクテンベルク)の研究グループは、固体中に存在するナノサイズの細孔の形が変形して効率よく小分子を取り込む物質の特性を調べ、その粒子サイズを極限まで小さくすることで、分子を取り込む強さをコントロールする事に成功しました。この知見は、環境への負荷の少ない分離プロセス技術の開発などに大きく貢献できるものと期待されます。

 京都大学物質-細胞統合システム拠点(iCeMS=アイセムス)の北川進副拠点長、Extenal Linkアーヘン工科大学ドイツ・ウール研究所(DWI)の田中大輔博士とユルゲン・グロル博士らの研究グループは今回、分子の取り込みにあわせて細孔の形を変えるナノ孔物質の合成および微粒子化を行い、粒子サイズと分子を取り込む仕組みの相関を解析しました。

 約1nmサイズの規則的な細孔を持つ多孔性金属錯体の中には、ガス分子を取り込む際に細孔の形をガス分子にあわせて包み込むように変化させるものが存在することが知られています。このように、ターゲットとなる分子にあわせて分子レベルで孔の構造が変わる物質は、排気ガスに含まれる二酸化炭素などの温室効果ガスや窒素酸化物(NOx)のような有害な小分子を効率的に取り込む分離剤として注目されています。しかし一方で、孔の形が変形する際に重要となるファクターは未だ明らかにされておらず、分離に向けた精密な材料設計の指針を立てることが大変困難である、という問題も存在していました。本研究では、新たに開発したナノ~メゾ領域(5~100 nm)の粒子サイズの合成手法を用いることで、このような多孔性金属錯体のナノ粒子を簡便に合成することに成功し、そのガス分子を取り込む仕組みを明らかにしました。開発したナノ粒子は、通常の合成方法で作成した0.1mm程度の粒子と比べ、異なる中間状態を経由して格段に早く孔の形を変化させ、分子を効率よく取り込むことを発見しました。物質の粒子サイズを変えるだけで吸着特性を簡便に制御することができる本手法は、さまざまな多孔性金属錯体に適用でき、新たな分離材料の合成に役立つことが期待されます。

 今回の研究は、JST戦略的創造研究推進事業ERATO型研究「北川統合細孔プロジェクト」(研究総括:北川進)の一環として行われ、英国時間4月18日(日本時間4月19日)付けの英科学誌「Nature Chemistry(ネイチャー・ケミストリー)」オンライン速報版で公開されました。→続き(ニュースリリースPDF)を読む



ニュースリリース(PDF)

田中大輔博士

ユルゲン・グロル博士

北川進教授

<論文名>
Extenal LinkRapid preparation of flexible porous coordination polymer nanocrystals with accelerated guest adsorption kinetics

Daisuke Tanaka, Artur Henke, Krystyna Albrecht, Martin Moeller, Keiji Nakagawa, Susumu Kitagawa and Juergen Groll

Nature Chemistry
Published online: 18 April 2010 | doi:10.1038/nchem.627


<関連リンク>
Extenal Link科学技術振興機構(JST)>プレスリリース
Extenal Link京都大学>研究成果


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