日本ゼオライト学会 刊行物 Publication of Japan Zeolite Association

ISSN: 0918–7774
一般社団法人日本ゼオライト学会 Japan Zeolite Association
〒162-0801 東京都新宿区山吹町358-5 アカデミーセンター Japan Zeolite Association Academy Center, 358-5 Yamabuki-cho, Shinju-ku, Tokyo 162-0801, Japan
Zeolite 39(3): 96-111 (2022)
doi:10.20731/zeoraito.39.3.96

解説解説

気水界面を利用した多孔性フレームワーク結晶MOF/HOFナノシートの合成・解析・応用Metal-organic Framework and Hydrogen-bonded Organic Framework Nanosheets Assembled at Air/Water Interfaces—Synthesis, Characterizations and Applications

大阪公立大学大学院工学研究科物質化学生命系専攻マテリアル工学分野Department of Materials Science, Graduate School of Engineering, Osaka Metropolitan University ◇ 〒599–8570 大阪府堺市中区学園町1–2

受理日:2022年6月4日Accepted: June 4, 2022
発行日:2022年7月15日Published: July 15, 2022
HTMLPDFEPUB3

厚さが数ナノ~十数ナノメートルのシート状のナノ材料は,ナノシートと呼ばれ,究極に薄い機能材料として,小型化,省資源性の観点から注目を集めている。これまでに報告されている多くのナノシートは,マクロスケールの材料を剥離することにより製造されるが,高温・高圧下でのマクロ材料の合成,剥離,剥離体(ナノシート)の分散液の調整,剥離体の製膜など,多くのプロセスを要する上,超音波などの刺激を必要とする剥離の過程でナノシートが劣化したり,再凝集が起きたりする問題があった。我々は,常温常圧下で水面上にナノシートの構成要素となる有機分子を含む溶液を滴下するという極めて簡便な方法で,結晶性かつ多孔質の配位高分子(MOF : metal-organic framework)や,有機分子が水素結合により連結した水素結合フレームワーク(HOF : hydrogen-bonded organic framework)のナノシートを作製することに成功した。気体と水が接する界面,すなわち気水界面で有機分子が2次元方向に連結することで,規則正しく穴が空いたシートができ上がる。このナノシートは,気水界面で凝集することなく安定に存在し,多孔質構造を保持したまま,用途に応じて様々な基板に転写することが可能である。このような,分子が規則正しく配列し,形状とサイズが揃った細孔を有するナノシートは,高性能な分離膜,有機薄膜太陽電池,センサ,電池の電極への応用が期待される。本解説では,気水界面を利用したMOFおよびHOFナノシートの合成に関して詳細に説明する。

Sheet-like nanomaterials with thicknesses ranging from a few nanometers to a dozen nanometers are called nanosheets. Since they are the ultimate thin functional materials, they contribute to miniaturize various devices/products and resource conservation. Many nanosheets reported so far are produced by exfoliating macro-scale materials. This requires many processes such as synthesis of macro-scale crystals under high temperature and high pressure, exfoliation, preparation of dispersion solutions for exfoliated materials (nanosheets), and film formation of exfoliated nanosheets. In addition, the exfoliation process requires chemical or physical stimulations such as sonication under existence of solvents or grinding which causes degradation and re-agglomeration of the nanosheets. We have developed a simple method by utilizing air/water interfaces for creating molecular nanosheets. The major process is dropping a solution containing organic molecules, which are the building blocks of nanosheets, onto a water surface at room temperature. With the air/water interfacial synthesis, we have succeeded in creating nanosheets of crystalline and porous coordination polymers (MOFs: metal-organic frameworks) and hydrogen-bonded organic frameworks (HOFs: hydrogen-bonded organic frameworks). Organic molecules spread at the air/liquid interface connect each other in a two-dimensional direction and align regularly, resulting in formation of crystalline nanosheets with uniform nanopores. These nanosheets are stable without aggregation at the air/water interface and can be transferred to various substrates depending on the required application while retaining their porous structure. Such nanosheets with regularly arranged molecules and nanopores of uniform shape and size can be used diverse applications including high-performance separation membranes, thin film solar cells, molecular sensors and electrodes of batteries. In this article, detailed synthetic procedures of MOF and HOF nanosheets using the air/water interface are explained together with their characterization methods and potential applications.

キーワード:多孔性配位高分子;水素結合;気水界面;ナノシート;ラングミュア–ブロジェット膜

Key words: metal-organic framework (MOF); hydrogen-bond; air/water interfaces; nanosheet; langmuir–blodgett films

This page was created on 2022-07-05T16:04:18.693+09:00
This page was last modified on


このサイトは(株)国際文献社によって運用されています。