MOF (金属有機構造体) の合成と吸着・分離材料への応用

第1部 多孔性配位高分子 (PCP/MOF) の合成基本物性～実用化に向けた世界の動向～

(2019年9月4日 10:00〜11:30)

　PCP/MOFの多孔性の発見から20年が経ち、ガス分離だけではなく、電子材料、触媒、医薬等への応用が広がっている。論文、プレスリリースでは、新しい用途、革新的な性能が報じられるが、論文の追試をしても、特性が再現できないことも少なくない。また、馴染みの無い新しい材料であるため、安定性、コスト等、不明点も多い。本講演では、主としてPCP/MOFの研究をこれから始める方、始めたが取り扱い等基本的な部分でお困りの方を対象に、合成、解析の基礎から、用途、実用化検討例等を概説する。

1. PCP/MOFの多様な合成法と分析
2. PCP/MOFの安定性
3. PCP/MOFの長所、短所、既存材との違い
4. PCP/MOFの主な用途
   • ガス吸着・分離
   • 電池
   • エレクトロニクス
   • 医療他
5. PCP/MOFの形態制御
   • ナノ化
   • 膜化
   • 賦形 他
6. 実用化に向けた動き
   1. 企業の動向
   2. 実用化検討例
   3. PCP/MOF研究のサポート組織
      • 大学
      • ベンチャー企業 他
7. ガス吸着・分離への応用
   1. PCP/MOFの特異な吸着現象
   2. 構造変化型「ゲートPCP」を利用した革新的ガス分離システム
• 質疑応答

第2部 無機ナノ材料を前駆体・配列制御基板とした金属有機構造体 (MOF) 薄膜の形成と応用

(2019年9月4日 12:10〜13:40)

　MOFに代表されるフレームワーク構造化合物は、ミクロからメソスケールの空孔を特徴とする化合物群であり、ガス分離・貯蔵や触媒として広く研究されている。このような化合物のミクロ孔を化学修飾することで、ホスト – ゲストアプローチによる電子あるいは光機能化が近年注目を集めている。MOF中では、ゲストの機能性物質の方位や配列を制御できることから、大幅な機能向上が期待されている。効率よく機能を向上させるためには、実用上十分な空間スケール (cm以上) で、MOFの結晶方位を規定することが必須である。 　我々の研究グループで最近報告した、無機ナノ結晶表面におけるMOFのヘテロエピタキシャル成長を用いることで、完全に配向したMOF薄膜が実現できる。本講演では、配向MOF薄膜の合成法やその応用について詳しく解説する。

1. MOFのパターン形成と配向制御の現状
   1. 金属水酸化物を前駆体としたMOFパターン形成
      1. 金属パターンを利用したMOFパターン形成
      2. 3次元表面におけるMOF形成
      3. MOFパターンの応用
2. 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
3. 金属水酸化物ナノ結晶を用いた配向MOF薄膜の形成と応用
   1. 配向金属水酸化物薄膜
   2. 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
   3. 実用スケールにおける配向MOF薄膜の形成
   4. 配向MOF薄膜の構造と応用
4. 配向したフレームワーク構造化合物の形成、応用と今後の展開
• 質疑応答

第3部 後修飾法を利用した機能性MOFの簡便合成

(2019年9月4日 13:50〜15:20)

　MOFはこれまでの現行の多孔体と比較して、高い構造設計性を有していることが大きな利点であるが、その設計・合成にはまだまだ多くの問題点がある。 　本稿では、後修飾法とよばれる手法の紹介およびそれを用いた機能性MOFの合成について紹介する。

1. MOFへの機能付与
   1. MOFに求められる機能
   2. 前修飾法による機能付与
   3. 後修飾法による機能付与
2. 後修飾法の分類
   1. MOF内の配位子への直接修飾
   2. 交換法によるMOFの修飾
   3. 配位子挿入法によるMOFの修飾
   4. 後修飾法の比較
3. 後修飾法によるMOFの機能化
   1. 配位子への直接修飾を利用したMOFの機能化
   2. 交換法を利用したMOFの機能化
   3. 配位子挿入法を利用したMOFの機能化
• 質疑応答

第4部 MOFの合成プロセスの開発と、膜分離、吸着材料への応用

(2019年9月4日 15:30〜17:00)

　結晶性多孔質材料の一種である金属有機構造体 (MOF) は、分離、貯蔵、触媒反応をはじめとして広範な研究分野を創出しながら進展している。MOFは高い規則構造と均一な細孔をもつため、結晶間に空隙が存在しない (緻密な) 膜を作製すれば分子ふるい作用による膜分離が期待できる。本講演ではMOFの合成や特徴を述べ、吸着や膜分離としての応用について今後の見通しを含めて解説する。 　MOFの合成と基本物性を把握したい方、これからMOFの研究を始める方から、始めてみたがその合成に困っている方、MOFの用途展開の問題を解決したい方などを主たる対象として議論します。

1. MOF概要
   1. MOFの特徴
   2. MOFとゼオライトとの比較
   3. MOFのコスト
   4. 開発状況・世界情勢
2. MOFの合成方法と評価方法
   1. 基本的な設計指針と合成方法の課題
   2. 様々な各種合成方法
   3. MOFの合成・評価サイクル
3. MOF吸着剤
   1. MOFの構造柔軟性と吸着特性
   2. 吸着・分離性能の予測
   3. MOF吸着剤の応用事例と分離性能
4. MOF分離膜
   1. 膜分離と無機系分離膜の開発状況
   2. MOF製膜の留意点
   3. 様々な製膜方法
   4. MOF膜の応用事例と分離性能
5. まとめ (実用化に向けて)
• 質疑応答