Top > Search of Japanese Patents > METHOD FOR ALIGNING AND HOLDING GASEOUS MOLECULE, AND MATERIAL FOR HOLDING GASEOUS MOLECULE

METHOD FOR ALIGNING AND HOLDING GASEOUS MOLECULE, AND MATERIAL FOR HOLDING GASEOUS MOLECULE

Patent code P05A008316
File No. 182
Posted date Apr 7, 2006
Application number P2002-367343
Publication number P2004-196594A
Patent number P4217776
Date of filing Dec 18, 2002
Date of publication of application Jul 15, 2004
Date of registration Nov 21, 2008
Inventor
  • (In Japanese)北川 進
  • (In Japanese)小林 達生
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人京都大学
Title METHOD FOR ALIGNING AND HOLDING GASEOUS MOLECULE, AND MATERIAL FOR HOLDING GASEOUS MOLECULE
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for aligning and holding gaseous molecules by using spaces in pores of a coordination polymer which can house gaseous molecules at normal temperature and normal pressure in the pores and which has a porous three-dimensional structure constituted by transition metal cations and organic crosslinking ligands linking the cations, and to provide a material holding gaseous molecules by the above method.
SOLUTION: When gaseous molecules are to be housed in the pores of a coordination polymer which can house gaseous molecules at normal temperature and normal pressure in the pores and which has a porous three-dimensional structure constituted by transition metal cations and organic crosslinking ligands linking the cations, the gaseous molecules are regularly housed and aligned and held by using the spaces in the pores by selecting the species of the organic crosslinking ligands to design the entrance dimension of the pores as desired. The material for holding gaseous molecules is obtained by the above method.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


気体分子は、我々の身の回りに無尽蔵にある物質である。最近では、酸素などに圧力を加えて固体にすると超伝導になることなどがわかってきた。この様に、気体という物質は、我々にとって、未踏の新材料である。気体を新材料として実用化するためには何らかの方法で気体分子を整列させて低次元構造化する必要がある。例えば、酸素を考えた場合、-218℃以下にまで冷却すると分子は固体となり一定の配列を持つ構造となるので新材料としての期待が持たれるが、このような温度は実用上あまりにも多くの制約を伴う。また、走査型プローブ顕微鏡(SPM)のような物理的手法を用いて分子を整列させる方法もあるが、この手法では分子を基盤に1個ずつおいていくようなものなので、一時に大量に整列させることができないし、材料としての汎用性に欠ける。また、多数の分子(数千~数百万個)を1次元に整列させるためには強制力を必要とするため、容易に実現できるものではない。



そこで、考えられることは、気体分子が整列保持されるような言わば「器」のようなものを利用して気体分子を整列保持できないかということである。このような器になりえる材料として容易に思いつくことができるのは、ゼオライトなどの無機材料や、活性炭、カーボンナノチューブなどの炭素材料などの多孔性材料である。しかし、これらの多孔性材料は、孔の大きさが、気体分子を整列させて保持するには大きすぎたり不均一であったりするとともに、チャンネル形状(孔の入口の形状)が収容する気体分子に適していなかったりするので、とにかく保持できればよいといった要求には応えることができるが、整列させて保持するという要求には応えることができない。



ところで、本発明者らは、ナノメートルの大きさを持つ細孔を規則正しく並べた物質を、あたかもブロックを組むようにデザインし、化学的に合成する研究をこれまで精力的に行ってきた。その研究成果として、遷移金属カチオンとそれを連結する有機架橋配位子によって多孔性3次元構造を構成して細孔内に、常温常圧で気体の分子を、収容することができる配位高分子の合成に成功している。この配位高分子は、遷移金属カチオンと有機架橋配位子が分子レベルで直接交互に結合した有機・無機の複合物質であり、その特徴としては、常に均一な構造を保つこと、自在に分子レベルから設計し、単に室温、1気圧で混ぜるだけで合成することができること(自己集合)、数グラムでバスケットボールコートからサッカーグラウンドまでの表面積を持つといったことが挙げられ、ガス貯蔵材料として期待されている。
このような配位高分子の一例としては、遷移金属カチオンと第1有機架橋配位子から構成される2次元シートが層をなし、2座配位可能な第2有機架橋配位子が各層に存在する遷移金属カチオンに配位することで隣接するシートとシートを連結させ、その間に細孔が形成されている構造を有するものがあり、その具体例として、遷移金属カチオンとしての銅イオン(2価金属イオン)と第1有機架橋配位子としての2,3-ピラジンジカルボン酸(pzdc)から構成される2次元シートが層をなし、2座配位可能な第2有機架橋配位子としての4,4’-ビピリジル(bpy)が各層に存在する銅イオンに配位することで隣接するシートとシートを連結させ、その間に細孔が形成されている構成を有するCu2(bpy)(pzdc)2がメタンの貯蔵能力に優れることを明らかにしている(下記の特許文献1や非特許文献1を参照)。



上記の研究成果は、配位高分子をガス貯蔵材料として利用することを目的として得られたものであり、これまで、ガス貯蔵材料としての配位高分子の設計は、いかに多量のガスを貯蔵させるかという視点に基づいて行われてきた。従って、配位高分子を利用して気体分子を配列させるためにはどのような設計を行えばよいか、意図したように配位高分子を設計できたとしても、気体分子を思い通りに配列させることができるかといった点については未知の領域であった。



【特許文献1】
特開平9-227572号公報
【非特許文献1】
北川進,「ナノ金属錯体によるナノサイエンス」,化学工業,第53巻,第11号,2002年,p808-815

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、常温常圧(25℃1気圧)で気体の分子の整列保持方法関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
遷移金属カチオンとそれを連結する有機架橋配位子によって多孔性3次元構造を構成して細孔内に、常温常圧で気体の分子を、収容することができる配位高分子のその細孔内に気体分子を収容する際、有機架橋配位子の種類を選択して細孔入口寸法を所望する数値に設計することで気体分子を規則性を持って収容し、細孔内の空間を利用して気体分子を整列保持させる方法であって、配位高分子として遷移金属カチオンと第1有機架橋配位子から構成される2次元シートが層をなし、2座配位可能な第2有機架橋配位子が各層に存在する遷移金属カチオンに配位することで隣接するシートとシートを連結させ、その間に細孔が形成されている構造を有するものを用い、細孔入口寸法を3~7Å×3~7Åに、シートとシートの間隔を決定しているピラー配位子としての第2有機架橋配位子のピッチを3Å~6Åに設計し、配位高分子と気体分子を冷却しながら行う方法

【請求項2】
 
2座配位可能な第2有機架橋配位子がピラジンまたはその誘導体である請求項1記載の方法。

【請求項3】
 
配位高分子が、遷移金属カチオンとしての銅イオン(2価金属イオン)と第1有機架橋配位子としての2,3-ピラジンジカルボン酸(pzdc)から構成される2次元シートが層をなし、2座配位可能な第2有機架橋配位子としてのピラジン(pyz)が各層に存在する銅イオンに配位することで隣接するシートとシートを連結させ、その間に細孔が形成されている構成を有するCu2(pyz)(pzdc)2である請求項2記載の方法。

【請求項4】
 
気体分子が2原子分子である請求項1記載の方法。

【請求項5】
 
2原子分子が酸素分子である請求項4記載の方法
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

※Click image to enlarge.

JP2002367343thum.jpg
State of application right Registered
Please contact us by E-mail or facsimile if you have any interests on this patent.


PAGE TOP

close
close
close
close
close
close
close