■ポイント■
・近年、新しい多孔性材料として応用研究が活発化している金属有機構造体(Metal-organic framework;MOF)についてまとめた1冊!
・ジャングルジムのような分子構造をもつMOFは、多様な金属イオンと有機配位子から合成され、ナノサイズレベルでの構造制御が容易!
・大きな表面積、大きな細孔容積をもつため、ガス貯蔵、ガス分離、不均一系触媒、センサ、プロトン伝導体、DDSキャリアといった、様々な用途への応用研究が活発化!
■概要■
当書籍は金属有機構造体(Metal-organic framework;MOF)に関する最近の研究動向をまとめたものである。
MOFは金属イオンと有機物から構成される、結晶性の多孔質材料であり、その特異かつ規則的な細孔に様々な物質を吸着させることができる。
その研究は1990年代後半から活発化し、初期の研究では、MOFの合成方法や物性の基本的な理解が主な焦点であったが、その後、MOFの応用可能性が広く認識され、近年ではガス吸着や分離、医薬品の貯蔵といった分野での応用研究が活発化している。
本書では、近年のMOF研究とその用途展開について、第一線でご活躍の先生方にご執筆いただいている。第1編ではMOFの合成と設計についてご解説いただき、第2編ではMOFを用いたガスの吸着・分離・回収に関する研究動向をご紹介いただいた。第3編では触媒としてのMOFの機能と用途についてご執筆いただき、最後に第4編ではMOFの実用化に向けた用途展開についてご提示いただいている。
本書が、MOFの研究開発に携わる企業・大学・研究所の技術者・研究者の皆さまにとって、少しでもお役立ていただけましたら幸甚に存じます。
【第1編:MOFの合成と設計】
＜1＞機械学習を用いた金属-有機構造体の合成探索
1．はじめに
2．新規含硫黄半導体配位高分子の合成研究
3．クラスタリング解析によるPXRDパターンの自動分類
4．決定木による114実験の解析
5．決定木による326実験の解析
6．決定木の結果から導かれる仮説とその検証
7．まとめ
＜2＞金属ペプチド構造体(MPF)の開発とその応用・可能性
1．はじめに
2．MPFの研究動向
3．MPFの合成
4．MPFの配位子の特徴と設計
5．MPFの応用例
6．おわりに
＜3＞量子センシングに向けたMOF 材料の開発
1．はじめに
2．量子センシングプラットフォームとしてのMOF
3．MOFを用いた量子センシングの実例と課題
4．多様なゲストに対する応答性の付与
5．長い緩和時間を持つMOF材料の開発とそのセンシングに向けた応用
6．室温下での量子もつれの利用
7．おわりに
＜4＞シクロデキストリン系MOFへの分子の導入とナノリアクターとしての機能
1．はじめに
2．CD-MOFの合成と細孔構造
3．CD-MOFの応用
・吸着・分離への応用
・混合マトリックス膜への応用
・ドラッグキャリアへの応用
・反応場への応用
4．CD-MOFへの分子導入とナノ反応場としての機能
・疎水性分子と親水性分子の同時導入
・触媒分子の導入と分子反応性
・疎水性分子の共結晶化法
・CD-MOFへの種々の分子の導入
5．おわりに
＜5＞金属有機構造体の活用に向けたゲル形成条件の解明
1．はじめに
・粉末形状の問題点
・バルク化に関する先行研究
2．金属有機構造体ゲル
・ゲルの定義
・金属有機構造体ゲルの長所
・ゾル-ゲルを介したモノリシックMOFの形成メカニズム
3．金属有機構造体ゲルの形成メカニズム
4．ハイスループット実験を用いた
金属有機構造体ゲルの形成およびメカニズムの要因分析
5．結論
＜6＞イオン液体の導入による金属有機構造体の物性制御
1．はじめに
2．MOFへのIL充填効果
3．IL@MOFの電子デバイス応用に向けた取り組み
4．微細加工技術の確立に向けた取り組み
5．MOFへのIL導入によるエッチング耐性の向上
6．まとめ
＜7＞Layer-by-Layer法によるMOFナノ薄膜の構築および特異な構造と物性の発現
はじめに
1．MOFおよびMOF薄膜について
2．三次元ホフマン型MOFのナノ薄膜化による構造変化およびガス分子吸着特性の変化
・三次元ホフマン型MOFの逐次構築および構造解析
・MOFナノ薄膜の構造変化およびガス分子吸着特性
3．二次元層状ホフマン型MOFのナノ薄膜化によるガス分子吸着特性の発現
・結晶配向MOFナノ薄膜の構築と構造解析
・MOFナノ薄膜のガス分子吸着特性および構造変化
4．ホフマン型MOFのヘテロ接合膜の作製およびスピン転移の制御
・LbL法によるヘテロ接合膜の作製
・ヘテロ接合膜のスピン転移の検討
おわりに
＜8＞噴霧合成法を用いた金属有機構造体の連続合成および形態制御
1．はじめに
2．噴霧合成法によるMOFの連続合成
3．噴霧合成法によるMOFの形態制御
・複合MOFの合成
・MOF薄膜の作製
・階層型細孔を有するMOFの合成
4．おわりに
【第2編:MOFによるガスの吸着・分離・回収】
＜9＞金属有機構造体(MOF)分離膜の作製とガス分離への応用
はじめに
1．MOFの特徴
2．MOFの薄膜化
・MOF多結晶膜
・MOF膜の作製法と留意点
3．MOF膜の分離性能
・オレフィン/パラフィン分離
・その他の炭化水素分離
・H2精製、CO2回収
4．展望と課題
おわりに
＜10＞PCP、MOFによる省エネルギー型ガス分離技術の進展と今後の展望
1．CO2分離技術開発の課題
2．CO2分離の様式と分離材料
3．多孔体を利用したCO2分離の効率の考え方
4．CO2親和性とCO2吸着量、回収量
5．ゲート型PCP/MOFを利用した高効率なCO2分離
6．PCP/MOFのCO2選択性
7．ゲート型PCPの実用化検討
＜11＞MOFを基盤とした省エネルギーCO2回収システム
1．人類は空を見上げる時代へ
2．新しいナノポーラス材料・MOFによる気体の分離・回収・貯蔵の挑戦
3．高機能ナノポーラス材料の開発を目的とした最先端物性測定技術
・MOFとガス分離濃縮技術の進化
・高機能MOF材料のナノ空間設計
・高機能MOF分離膜
4．加速するMOFの社会実装
・MOFを活用した新しいガス輸送インフラ
・MOFを利用した工場排気・大気中のCO2直接回収装置と新しい金融商品
＜12＞直接転換法によるMOFモノリス合成方法
1．MOF賦形化技術の背景
2．既存のMOF賦形化技術
・有機高分子複合型
・無機複合型
・MOF単体型
3．直接転換法によるMOFモノリス合成
・概要
・方法
-α-Al2O3管状モノリスを原料としたMIL-96(Al)モノリス合成
-銅多孔体モノリスを原料としたHKUST-1モノリス合成
・結果と考察
-MIL-96(Al)モノリスの結晶化挙動
-HKUST-1モノリス合成の結晶化挙動
-直接転換法によるMOFモノリス成長挙動のまとめ
-MOFモノリスの吸脱着特性と機械的強度
4．直接転換法のまとめと展望
＜13＞DACへの応用を目的としたSIFSIX金属有機構造体へのCO2吸着機構の解明
1．はじめに
2．混合ガスからのCO2の分離
3．SIFSIXによるCO2吸着と課題
4．量子化学計算による吸着特性の探究
5．拡散障壁エネルギーによるH2O、 CO2の細孔内拡散の評価
6．NbOFFIVEの構造多様性と吸着特性との関係
【第3編:MOFの触媒としての機能と用途】
＜14＞MOFの特徴を活かした触媒利用
1．はじめに
2．MOFの触媒利用
3．BINAPを基盤としたMOF触媒
4．有機リンカーの混合によるMOF空間の拡張
5．光学活性なジエンMOF触媒
6．単座ホスフィンMOF
7．Ce-MOFのSBUを利用した触媒
8．Metal-Organic Layer(MOL)触媒
9．まとめ
＜15＞可視光応答型MOF光触媒の開発と水分解系および光分子変換への応用
1．はじめに
2．有機配位子の光吸収を利用するMOF光触媒
3．金属酸化物クラスターの光吸収を利用するMOF光触媒
4．LCCT遷移に基づく光吸収を利用するMOF光触媒
5．おわりに
＜16＞過酸化水素製造を指向したMOF光触媒の開発
1．はじめに
2．有機リンカーをチューニングしたMOF光触媒によるH2O2生成
3．リンカー欠陥を導入したMOF光触媒によるH2O2生成
4．アルミニウム含有MOF光触媒によるH2O2生成
5．疎水性MOF光触媒を用いた二相反応場でのH2O2生成
6．おわりに
＜17＞金属ナノ粒子と多孔性金属錯体が一体化した高機能触媒の開発
1．はじめに
2．金属ナノ粒子とMOFの複合化手法
3．MOF被覆によるPtナノ結晶のCO酸化活性制御と耐久性向上
・MOF被覆によるPtナノ粒子のCO酸化活性制御
・MOF被覆によるPtナノ粒子のシンタリング抑制
・Ptナノ粒子の水性ガスシフト反応におけるUiO-66の被覆効果
4．金属/MOF複合触媒の開発とCO2の水素化によるメタノール合成
5．まとめ
＜18＞MOF触媒によるバイオマスの変換に関する研究進展
1．はじめに
2．バイオマスの化学成分およびその変換
3．Pristine MOF触媒を用いたバイオマスの変換
4．MOF固定化酵素によるリグノセルロース系バイオマスの変換
5．おわりに
【第4編:MOFの実用化に向けた用途展開】
＜19＞MOFの電池などの電気化学産業への応用
1．はじめに
2．MOFの応用例
・二次電池、燃料電池などのエネルギーデバイスへの応用
・MOFのリチウムイオン電池への応用
・MOFのキャパシタへの応用
・MOFのリチウム空気電池への応用
・MOFの燃料電池への応用
3．おわりに
＜20＞金属水酸化物を前駆体としたMOF配向薄膜の作製と応用
1．はじめに
2．MOF膜の前駆体としての金属水酸化物
3．金属水酸化物表面におけるMOFのヘテロエピタキシャル成長
4．データマイニングによるMOFエピタキシャル薄膜形成系の探索
5．MOF-on-MOF薄膜
6．構造評価
7．まとめ
＜21＞多種アミンガスの同時分析を指向した導電性MOF薄膜デバイスの開発
1．緒言
2．超分子的アプローチに基づくガスセンサデバイスの設計指針とパターン認識を活用した多成分分析
3．導電性MOF薄膜デバイスによるアミン類の定性・定量分析
4．結言
＜22＞MOFを利用した酵素固定化技術の紹介
1．はじめに
2．酵素固定化材料としてのMOFの利用
・MOF表面への固定化
・MOF細孔への拡散
・MOF合成時のカプセル化
・酵素固定化MOFの合成例
3．酵素固定化MOFの応用例
・バイオリアクターとしての利用例
・バイオセンサとしての利用例
4．おわりに
＜23＞MOF粒子への薬物包摂機構の解明
1．はじめに
2．MOFへの液相薬物吸着における溶媒の影響
・実験手法
・結果と考察
・まとめ
3．両媒性細孔MOFへの複数薬物包摂
・実験・シミュレーション手法
・結果と考察
・まとめ
4．おわりに
＜24＞MOFを利用した機能性高分子の創製
1．はじめに
2．重合反応場としてのMOFの設計
・高い規則性
・細孔サイズ・形状の設計性
・活性サイト・相互作用サイトの導入
・動的特性
3．MOFを使った重合制御
・反応性・分子量制御
・立体規則性制御
・共重合におけるシークエンス制御
・反応サイト制御
・高分子鎖の集積・配向・相溶化制御
4．おわりに
＜25＞MOFによる高分子の構造認識および分離
1．はじめに
2．MOFへの高分子の導入
・ナノ細孔への高分子の導入
・溶液からのナノ細孔への高分子吸着
3．MOFカラムクロマトグラフィー
4．高分子の構造認識と分離
・末端基構造の識別
・高分子の形の識別
・高分子の微細な構造変異の識別
・高分子のモノマー配列の識別
・タンパク質の高次構造の識別
5．おわりに
＜26＞意図的な欠損をもたせたMOFのPFAS吸着特性
1．はじめに
2．UiO-66合成の方法
3．PFAS吸着実験の方法
4．合成したUiO-66の材料特性評価
5．合成したUiO-66のPFAS吸着特性評価
6．まとめと展望
