JP2009183918A - Hydrogen adsorbing material - Google Patents

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智己 兒玉
Masuhiro Mikami
益弘 三上
Hiroaki Saito
大明 齋藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydrogen absorbing material comprising a three-dimensional high-molecular complex excellent in hydrogen adsorption. <P>SOLUTION: The hydrogen absorbing material is composed of the three-dimensional high-molecular complex formed by stacking two-dimensional structures, each formed of a metal ion and an organic ligand capable of being coordinated to the metal ion, through a pillar ligand capable of being coordinated to the metal ions, and the pillar ligand in the three-dimensional high-molecular complex contains a nitrogen-containing group having a lone pair of electrons of the nitrogen atom. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、水素吸着材料、より詳しくは三次元高分子錯体からなる水素吸着材料に関する。   The present invention relates to a hydrogen adsorbing material, and more particularly to a hydrogen adsorbing material comprising a three-dimensional polymer complex.

水素は、燃焼しても二酸化炭素が発生しないことからクリーンな燃料として注目されており、水素を燃料として利用するための水素の貯蔵及び運搬等に関する検討が数多く行われている。水素を貯蔵、運搬する方法としては、高圧ガスボンベによるものが一般的である。しなしながら、高圧ガスボンベは重く、また、その単位容積当たりの貯蔵能力についても実用上の限界があり、大きな水素貯蔵効率の向上は期待できない。   Hydrogen has attracted attention as a clean fuel because it does not generate carbon dioxide when burned, and many studies have been conducted on storage and transportation of hydrogen to use hydrogen as a fuel. As a method for storing and transporting hydrogen, a high-pressure gas cylinder is generally used. However, the high-pressure gas cylinder is heavy, and there is a practical limit on the storage capacity per unit volume, and a large improvement in hydrogen storage efficiency cannot be expected.

このような高圧ガスボンベに代わる水素貯蔵方法として、例えば、配位高分子錯体からなる水素吸着材料を利用する方法が従来から提案されている。   As a hydrogen storage method replacing such a high-pressure gas cylinder, for example, a method using a hydrogen adsorbing material made of a coordination polymer complex has been proposed.

特許文献1では、一般式R−(COOH)n(式中、Rはテトラジン、トリアジン等から選択される一つの複素環を示し、nは1〜4の整数を示す。)で表される第一の有機配位子と、金属原子と、前記金属原子に配位可能な原子を有する二座配位可能な第二の有機配位子とが三次元的に結合してなることを特徴とする三次元高分子錯体が記載され、このような三次元高分子錯体によれば、上記第一の有機配位子における含窒素ヘテロ環(複素環)骨格によって水素とのアフィニティが向上し、その吸蔵量が増大すると記載されている。 In Patent Document 1, a general formula R- (COOH) n (wherein R represents one heterocyclic ring selected from tetrazine, triazine, etc., and n represents an integer of 1 to 4) is represented. One organic ligand, a metal atom, and a bidentate second organic ligand having an atom capable of coordinating to the metal atom are three-dimensionally bonded. A three-dimensional polymer complex is described, and according to such a three-dimensional polymer complex, the nitrogen-containing heterocyclic (heterocyclic) skeleton in the first organic ligand improves the affinity with hydrogen, and It is described that the amount of occlusion increases.

特許文献2では、2価の金属イオン、剛直な骨格の両末端に前記金属イオンに配位可能な原子を有する2座配位可能な有機配位子、及び2,3−ピラジンジカルボン酸より構成されるガス貯蔵可能な有機金属錯体が記載され、上記2座配位可能な有機配位子として4,4’−ビピリジルや1,4−ビス(4−ピリジル)ベンゼンを使用することで、それらの化学構造上メタンの吸着貯蔵に適した結晶格子空間を形成することができると記載されている。   Patent Document 2 is composed of a divalent metal ion, a bidentate organic ligand having atoms that can coordinate to the metal ion at both ends of a rigid skeleton, and 2,3-pyrazinedicarboxylic acid Gas storage storable organometallic complexes are described, by using 4,4′-bipyridyl or 1,4-bis (4-pyridyl) benzene as the bidentate organic ligand It is described that a crystal lattice space suitable for adsorption storage of methane can be formed because of its chemical structure.

特許文献3では、一般式HOOC−R−COOH(式中、Rはアルケニレン基、アリーレン基等を示す。)で表されるジカルボン酸から選択される少なくとも1種の化合物と、銅及びロジウム等から選択される少なくとも1種の2価の金属と、該金属に2座配位可能な有機配位子を含むジカルボン酸金属錯体が記載され、このようなジカルボン酸金属錯体は、メタンを主成分とするガスの吸蔵材として好適であると記載されている。   In Patent Document 3, from at least one compound selected from dicarboxylic acids represented by the general formula HOOC-R-COOH (wherein R represents an alkenylene group, an arylene group, etc.), copper and rhodium, and the like. A dicarboxylic acid metal complex comprising at least one selected divalent metal and an organic ligand capable of bidentate coordination with the metal is described, and such a dicarboxylic acid metal complex is mainly composed of methane. It is described as being suitable as a gas storage material.

特許文献4では、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配位高分子が記載され、このような配位高分子によれば、その細孔内の空間を利用して気体分子を瞬時に整列保持することができると記載されている。   In Patent Document 4, a two-dimensional sheet composed of a transition metal cation and a first organic bridging ligand forms a layer, and a second organic bridging ligand capable of bidentate coordination is present in each transition metal cation. Coordination polymers having a structure in which adjacent sheets are connected to each other by coordination and pores are formed between them are described. According to such coordination polymers, It is described that gas molecules can be aligned and held instantaneously using space.

特開2005−093181号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2005-093181 特開平09−227572号公報JP 09-227572 A 特開2000−109485号公報JP 2000-109485 A 特開2004−196594号公報JP 2004-196594 A

特許文献1では、二座配位可能な第二の有機配位子(ピラー配位子)として、トリエチレンジアミン、ピラジンが、三次元格子を形成した三次元高分子錯体を高収率で得られる観点から好ましいと記載されている。しかしながら、当該特許文献1では、上記第二の有機配位子と水素との相互作用については記載されておらず、三次元高分子錯体における水素吸着能の向上に関して改善の余地があった。一方、特許文献2〜4では、得られる有機金属錯体の水素吸着能に関して何ら具体的には記載されていない。   In Patent Document 1, as a second organic ligand (pillar ligand) capable of bidentate coordination, triethylenediamine and pyrazine can obtain a three-dimensional polymer complex in which a three-dimensional lattice is formed in a high yield. It is described as preferable from the viewpoint. However, in the said patent document 1, it did not describe about the interaction of said 2nd organic ligand and hydrogen, and there was room for improvement regarding the improvement of the hydrogen adsorption ability in a three-dimensional polymer complex. On the other hand, Patent Documents 2 to 4 do not specifically describe the hydrogen adsorption ability of the obtained organometallic complex.

そこで、本発明は、水素の吸着に優れた三次元高分子錯体からなる材料を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the material which consists of a three-dimensional polymer complex excellent in adsorption | suction of hydrogen.

上記課題を解決する本発明は下記にある。
(1)金属イオンと該金属イオンに配位可能な有機配位子とによって形成される二次元構造が、前記金属イオンに配位可能なピラー配位子を介して積み重ねられた三次元高分子錯体からなり、該三次元高分子錯体中のピラー配位子が、窒素原子の孤立電子対を有する含窒素基を含むことを特徴とする、水素吸着材料。
(2)前記含窒素基がアゾ基又は含窒素複素環基を含むことを特徴とする、上記(1)に記載の水素吸着材料。
(3)前記ピラー配位子が、4,4’−アゾピリジン、3,6−ビス(4−ピリジル)−1,2,4,5−テトラジン、2,5−ジ−4−ピリジニル−ピリミジン、2,5−ジ−4−ピリジニル−ピラジン、2,2’−p−フェニレンビス−s−トリアジン、及び2’,5−ジ−4−ピリジニル−2,5’−ビピリミジンからなる群より選択されることを特徴とする、上記(1)又は(2)に記載の水素吸着材料。
(4)前記金属イオンが、銅、亜鉛、ニッケル、コバルト及び鉄からなる群より選択される金属のイオンであることを特徴とする、上記(1)〜(3)のいずれか1つに記載の水素吸着材料。
(5)前記有機配位子が、2,3−ピラジンジカルボン酸、及び2,3−ピラジンジカルボン酸のカルボキシル基のプロトンを金属イオンで置換したもの、例えば、2,3−ピラジンジカルボン酸ナトリウム、2,3−ピラジンジカルボン酸カリウムなどからなる群より選択される少なくとも1種であることを特徴とする、上記(1)〜(4)のいずれか1つに記載の水素吸着材料。
The present invention for solving the above problems is as follows.
(1) A three-dimensional polymer in which a two-dimensional structure formed by a metal ion and an organic ligand that can coordinate to the metal ion is stacked via a pillar ligand that can coordinate to the metal ion A hydrogen-adsorbing material comprising a complex, wherein a pillar ligand in the three-dimensional polymer complex includes a nitrogen-containing group having a lone electron pair of a nitrogen atom.
(2) The hydrogen-adsorbing material according to (1) above, wherein the nitrogen-containing group contains an azo group or a nitrogen-containing heterocyclic group.
(3) The pillar ligand is 4,4′-azopyridine, 3,6-bis (4-pyridyl) -1,2,4,5-tetrazine, 2,5-di-4-pyridinyl-pyrimidine, Selected from the group consisting of 2,5-di-4-pyridinyl-pyrazine, 2,2′-p-phenylenebis-s-triazine, and 2 ′, 5-di-4-pyridinyl-2,5′-bipyrimidine The hydrogen-adsorbing material according to (1) or (2) above, wherein
(4) The metal ion is a metal ion selected from the group consisting of copper, zinc, nickel, cobalt, and iron, as described in any one of (1) to (3) above Hydrogen adsorption material.
(5) The organic ligand is 2,3-pyrazine dicarboxylic acid, or a carboxyl group proton of 2,3-pyrazine dicarboxylic acid substituted with a metal ion, such as sodium 2,3-pyrazine dicarboxylate, The hydrogen-adsorbing material according to any one of (1) to (4) above, which is at least one selected from the group consisting of potassium 2,3-pyrazinedicarboxylate and the like.

本発明によれば、水素吸着能の顕著に改善された三次元高分子錯体からなる水素吸着材料を得ることができる。   According to the present invention, it is possible to obtain a hydrogen adsorbing material composed of a three-dimensional polymer complex with significantly improved hydrogen adsorbing ability.

本発明の水素吸着材料は、金属イオンと該金属イオンに配位可能な有機配位子とによって形成される二次元構造が、前記金属イオンに配位可能なピラー配位子を介して積み重ねられた三次元高分子錯体からなり、該三次元高分子錯体中のピラー配位子が、窒素原子の孤立電子対を有する含窒素基を含むことを特徴としている。   In the hydrogen adsorption material of the present invention, a two-dimensional structure formed by a metal ion and an organic ligand capable of coordinating with the metal ion is stacked via a pillar ligand capable of coordinating with the metal ion. The pillar ligand in the three-dimensional polymer complex contains a nitrogen-containing group having a lone pair of nitrogen atoms.

従来の三次元高分子錯体は、一般に、金属イオンと当該金属イオンに配位可能な有機配位子とによって形成された二次元シートを、ピラジン等の2座配位可能な有機配位子によって架橋した三次元構造を有する。すなわち、このような三次元高分子錯体は、2座配位可能な有機配位子をピラー配位子(Pillar Ligand)として、金属イオンと当該金属イオンに配位可能な有機配位子とからなる二次元シートが規則正しく積層された周期的な結晶構造を有する。このように2座配位可能な有機配位子を介して二次元シートを積層することで、二次元シートと二次元シートの間に細孔が形成され、その細孔内に水素分子等の気体分子を吸着又は吸蔵することができる。   Conventional three-dimensional polymer complexes generally include a two-dimensional sheet formed of a metal ion and an organic ligand capable of coordinating to the metal ion, and an organic ligand capable of bidentate coordination such as pyrazine. It has a cross-linked three-dimensional structure. That is, such a three-dimensional polymer complex uses a metal ion and an organic ligand capable of coordinating to the metal ion, using an organic ligand capable of bidentate coordination as a pillar ligand (pillar ligand). The two-dimensional sheet has a periodic crystal structure that is regularly stacked. By laminating a two-dimensional sheet through an organic ligand capable of bidentate coordination in this way, pores are formed between the two-dimensional sheet and the two-dimensional sheet, and hydrogen molecules and the like are contained in the pores. Gas molecules can be adsorbed or occluded.

このような三次元高分子錯体においては、その細孔寸法を画定する二次元シート間の距離は、ピラー配位子として用いられる有機配位子の分子長によって決定される。したがって、従来、このような三次元高分子錯体における水素吸着量の向上は、ピラー配位子として用いられる有機配位子を分子長の長いものに変更して、三次元高分子錯体において形成される細孔を大きくすること、すなわち、三次元高分子錯体の比表面積を大きくすることによって図られてきた。しかしながら、このようにして得られる三次元高分子錯体の比表面積には限界があり、単にピラー配位子の分子長を長いものに変更して三次元高分子錯体に対する水素分子の吸着量、より詳しくは水素分子の物理吸着量を増大させるだけでは十分な水素吸着能を得ることができない。   In such a three-dimensional polymer complex, the distance between the two-dimensional sheets defining the pore size is determined by the molecular length of the organic ligand used as the pillar ligand. Therefore, conventionally, the improvement in the amount of hydrogen adsorbed in such a three-dimensional polymer complex is formed in the three-dimensional polymer complex by changing the organic ligand used as the pillar ligand to one having a long molecular length. It has been attempted by enlarging the pores, that is, by increasing the specific surface area of the three-dimensional polymer complex. However, there is a limit to the specific surface area of the three-dimensional polymer complex obtained in this way, simply changing the molecular length of the pillar ligand to a longer one, and the amount of hydrogen molecules adsorbed on the three-dimensional polymer complex, Specifically, sufficient hydrogen adsorption capacity cannot be obtained simply by increasing the amount of physical adsorption of hydrogen molecules.

本発明者らは、銅イオン等の金属イオンと、2,3−ピラジンジカルボン酸等の有機配位子とによって形成される二次元構造を2座配位可能なピラー配位子によって架橋した三次元高分子錯体において、当該三次元高分子錯体中のピラー配位子が窒素原子の孤立電子対を有する含窒素基を含む場合に、当該三次元高分子錯体の水素吸着能が顕著に向上することを見出した。また、三次元高分子錯体中で同等の基本骨格を有するピラー配位子において、窒素原子の孤立電子対を有する含窒素基を含むものと含まないものを比較した場合に、上記の含窒素基を有するピラー配位子によって構成された三次元高分子錯体が特に高い水素吸着能を示したことから、本発明者らは、このような水素吸着能の向上は、上記の含窒素基が有する窒素原子の孤立電子対と水素分子との間の静電的な相互作用に由来することを見出した。   The present inventors have a tertiary structure in which a two-dimensional structure formed by a metal ion such as a copper ion and an organic ligand such as 2,3-pyrazinedicarboxylic acid is bridged by a pillar ligand capable of bidentate coordination. In the original polymer complex, when the pillar ligand in the three-dimensional polymer complex contains a nitrogen-containing group having a lone pair of nitrogen atoms, the hydrogen adsorption ability of the three-dimensional polymer complex is significantly improved. I found out. In addition, in the pillar ligand having the same basic skeleton in the three-dimensional polymer complex, when the nitrogen-containing group having a lone pair of nitrogen atoms is included and not included, the nitrogen-containing group described above is compared. Since the three-dimensional polymer complex composed of the pillar ligands having a high hydrogen adsorption ability, the present inventors have found that the above nitrogen-containing group has such improved hydrogen adsorption ability. We found that it originates from the electrostatic interaction between the lone pair of nitrogen atom and the hydrogen molecule.

何ら特定の理論に束縛されることを意図するものではないが、上記のような含窒素基が有する窒素原子の孤立電子対と水素分子との間の静電的相互作用は、水素分子が持つ四重極モーメントに起因するものと考えられる。より具体的に説明すると、核スピンが1以上(I≧1)の原子核は四重極モーメントを持つことが一般的に知られている。ここで、水素分子は核スピンが1であり、したがって四重極モーメントを有する。この場合、窒素原子の孤立電子対に水素分子が近づくと、水素分子の四重極モーメントによって当該窒素原子の孤立電子対上の電荷分布が変化し、その結果として、水素分子と窒素原子の孤立電子対との間で静電的相互作用が誘起され、両者の間に引力が生じると考えられる。一方、メタン等の気体分子の場合には、その分子構造の対称性によって四重極モーメントが打ち消されるため、このような気体分子は分子全体としては四重極モーメントを持たない。したがって、メタン等の気体分子が窒素原子の孤立電子対の近傍に存在したとしても、水素分子の場合のような引力は発生しないと考えられる。すなわち、このような静電的相互作用は、含窒素基が有する窒素原子の孤立電子対と水素分子との間に起こる特有の相互作用であると考えられる。   Although not intended to be bound by any particular theory, the hydrogen molecule has an electrostatic interaction between the nitrogen atom's lone pair and the hydrogen molecule, as described above. This is thought to be due to the quadrupole moment. More specifically, it is generally known that nuclei having a nuclear spin of 1 or more (I ≧ 1) have a quadrupole moment. Here, the hydrogen molecule has a nuclear spin of 1, and thus has a quadrupole moment. In this case, when a hydrogen molecule approaches the lone electron pair of the nitrogen atom, the charge distribution on the lone electron pair of the nitrogen atom changes due to the quadrupole moment of the hydrogen molecule, resulting in the isolation of the hydrogen molecule and the nitrogen atom. It is considered that an electrostatic interaction is induced between the electron pair and an attractive force is generated between the two. On the other hand, in the case of gas molecules such as methane, the quadrupole moment is canceled due to the symmetry of the molecular structure. Therefore, such a gas molecule does not have a quadrupole moment as a whole molecule. Therefore, even if gas molecules such as methane exist in the vicinity of a lone pair of nitrogen atoms, it is considered that no attractive force is generated as in the case of hydrogen molecules. That is, such an electrostatic interaction is considered to be a peculiar interaction that occurs between a lone pair of a nitrogen atom of a nitrogen-containing group and a hydrogen molecule.

本発明によれば、このような含窒素基としては、窒素原子の孤立電子対を有するものであればよく、特に限定されないが、例えば、アゾ基(−N=N−)を有するものや、又はテトラジン環などの含窒素複素環基を有するものが挙げられる。また、例えば、上記の含窒素基を適宜選択してピラー配位子を分子長の長いものにすることで、三次元高分子錯体において形成される細孔を大きくすることができる。このようにすることで、得られる三次元高分子錯体の比表面積を大きくすることができるので、上記の含窒素基が有する孤立電子対と水素分子との静電的な相互作用による効果に加えて、さらに三次元高分子錯体の水素吸着能を向上させることができる。   According to the present invention, such a nitrogen-containing group is not particularly limited as long as it has a lone electron pair of a nitrogen atom, and examples thereof include those having an azo group (-N = N-), Or what has nitrogen-containing heterocyclic groups, such as a tetrazine ring, is mentioned. Further, for example, the pores formed in the three-dimensional polymer complex can be enlarged by appropriately selecting the above nitrogen-containing group and making the pillar ligand have a long molecular length. By doing so, the specific surface area of the obtained three-dimensional polymer complex can be increased, so in addition to the effect of electrostatic interaction between the lone electron pair of the nitrogen-containing group and the hydrogen molecule. In addition, the hydrogen adsorption ability of the three-dimensional polymer complex can be further improved.

本発明におけるピラー配位子は、上記の含窒素基の両末端に金属イオンに配位可能な原子、好ましくは窒素原子をさらに有するか、又は窒素原子を含む基、例えば、ピリジル基等の含窒素複素環基をさらに有しており、このような窒素原子又は含窒素複素環基中の窒素原子が、金属イオンと有機配位子からなる二次元構造中の金属イオンに配位結合することで当該二次元構造が架橋され、三次元高分子錯体が形成される。すなわち、このような三次元高分子錯体は、ピラー配位子を介して金属イオンと有機配位子からなる二次元構造が規則正しく積み重ねられた周期的な結晶構造を有し、二次元構造と二次元構造の間に形成された細孔内に水素分子を吸着又は吸蔵することができる。   The pillar ligand in the present invention has an atom capable of coordinating to a metal ion at both ends of the above nitrogen-containing group, preferably a nitrogen atom, or a group containing a nitrogen atom such as a pyridyl group. It further has a nitrogen heterocyclic group, and such a nitrogen atom or a nitrogen atom in the nitrogen-containing heterocyclic group is coordinated to a metal ion in a two-dimensional structure composed of a metal ion and an organic ligand. Thus, the two-dimensional structure is cross-linked to form a three-dimensional polymer complex. That is, such a three-dimensional polymer complex has a periodic crystal structure in which two-dimensional structures composed of metal ions and organic ligands are regularly stacked via pillar ligands. Hydrogen molecules can be adsorbed or occluded in the pores formed during the dimensional structure.

このようなピラー配位子の具体的な例としては、4,4’−アゾピリジン、3,6−ビス(4−ピリジル)−1,2,4,5−テトラジン、2,5−ジ−4−ピリジニル−ピリミジン、2,5−ジ−4−ピリジニル−ピラジン、2,2’−p−フェニレンビス−s−トリアジン、及び2’,5−ジ−4−ピリジニル−2,5’−ビピリミジンからなる群より選択される化合物が挙げられる。これらの化合物は、本発明における含窒素基としてアゾ基、テトラジン環など、窒素原子の孤立電子対を有するものであり、水素分子との静電的な相互作用を示すことができる。   Specific examples of such pillar ligands include 4,4′-azopyridine, 3,6-bis (4-pyridyl) -1,2,4,5-tetrazine, and 2,5-di-4. From -pyridinyl-pyrimidine, 2,5-di-4-pyridinyl-pyrazine, 2,2'-p-phenylenebis-s-triazine, and 2 ', 5-di-4-pyridinyl-2,5'-bipyrimidine A compound selected from the group consisting of: These compounds have a lone electron pair of a nitrogen atom such as an azo group or a tetrazine ring as the nitrogen-containing group in the present invention, and can exhibit an electrostatic interaction with a hydrogen molecule.

本発明によれば、金属イオンとしては、有機配位子と配位結合して二次元構造を形成し、さらにピラー配位子と配位結合して当該二次元構造が架橋された三次元高分子錯体を形成することのできる任意の金属イオンを使用することができ、好ましくは、銅、亜鉛、ニッケル、コバルト及び鉄からなる群より選択される金属のイオンが用いられる。例えば、金属イオンとして、ニッケル、コバルト、鉄等、比較的軽い金属のイオンを選択することで、得られる三次元高分子錯体の重量単位での表面積を増大させることができる。   According to the present invention, the metal ions are coordinated with an organic ligand to form a two-dimensional structure, and further coordinated with a pillar ligand to crosslink the two-dimensional structure. Any metal ion capable of forming a molecular complex can be used, preferably a metal ion selected from the group consisting of copper, zinc, nickel, cobalt and iron. For example, by selecting a relatively light metal ion such as nickel, cobalt, or iron as the metal ion, the surface area of the obtained three-dimensional polymer complex in weight units can be increased.

本発明によれば、有機配位子としては、上記の金属イオンに配位結合して二次元構造を形成することのできる任意の化合物を使用することができ、好ましくは、2,3−ピラジンジカルボン酸、及び2,3−ピラジンジカルボン酸のカルボキシル基のプロトンを金属イオンで置換したもの、例えば、2,3−ピラジンジカルボン酸ナトリウム、2,3−ピラジンジカルボン酸カリウムなどからなる群より選択される少なくとも1種の化合物が用いられ、より好ましくは2,3−ピラジンジカルボン酸ナトリウムが用いられる。これらの有機配位子におけるカルボキシル基の酸素原子又は複素環中の窒素原子が上記の金属イオンと配位結合を形成することで、金属イオンと有機配位子からなる二次元構造を形成することができる。   According to the present invention, as the organic ligand, any compound capable of forming a two-dimensional structure by coordinating with the above metal ion can be used, preferably 2,3-pyrazine Selected from the group consisting of dicarboxylic acid and 2,3-pyrazinedicarboxylic acid having a carboxyl group proton substituted with a metal ion, such as sodium 2,3-pyrazinedicarboxylate, potassium 2,3-pyrazinedicarboxylate, etc. At least one compound is used, more preferably sodium 2,3-pyrazinedicarboxylate. The oxygen atom of the carboxyl group in these organic ligands or the nitrogen atom in the heterocycle forms a coordinate bond with the above metal ion, thereby forming a two-dimensional structure consisting of the metal ion and the organic ligand. Can do.

なお、本発明における三次元高分子錯体を構成する上記の金属イオン、有機配位子及びピラー配位子の比率は、特に限定されないが、一般的には2:2:1又は1:2:1であることが好ましい。   In addition, although the ratio of said metal ion which comprises the three-dimensional polymer complex in this invention, an organic ligand, and a pillar ligand is not specifically limited, Generally it is 2: 2: 1 or 1: 2: 1 is preferable.

本発明における三次元高分子錯体は、当業者に公知の任意の方法によって製造することができる。   The three-dimensional polymer complex in the present invention can be produced by any method known to those skilled in the art.

例えば、まず、金属イオンの供給源である金属塩とピラー配位子とを溶媒中で所定の比率において混合して錯体を形成し、次いで、得られた錯体を含む溶液と有機配位子を含む溶液とを所定の比率で混合することにより、金属イオン、有機配位子及びピラー配位子からなる三次元高分子錯体を調製することができる。あるいはまた、まず、金属イオンの供給源である金属塩と有機配位子とを溶媒中で所定の比率において混合して錯体を形成し、次いで、得られた錯体を含む溶液とピラー配位子を含む溶液とを所定の比率で混合することにより調製してもよい。   For example, first, a metal salt that is a source of metal ions and a pillar ligand are mixed in a solvent at a predetermined ratio to form a complex, and then a solution containing the complex and an organic ligand are mixed. A three-dimensional polymer complex composed of a metal ion, an organic ligand, and a pillar ligand can be prepared by mixing the solution containing it at a predetermined ratio. Alternatively, first, a metal salt that is a source of metal ions and an organic ligand are mixed in a solvent at a predetermined ratio to form a complex, and then the resulting solution containing the complex and the pillar ligand are mixed. It may be prepared by mixing a solution containing

金属塩としては、先に記載した金属イオンのギ酸塩、酢酸塩、硫酸塩、硝酸塩、炭酸塩、過塩素酸塩、四フッ化ホウ素酸塩等を使用することができる。また、溶媒としては、水、アセトンのほか、メタノール、エタノール等のアルコール類を単独で又は混合して使用することができる。金属イオン、有機配位子及びピラー配位子を含む混合溶液は、例えば、室温で又は必要に応じて加熱下で1日から数日間静置又は撹拌され、得られた錯体を濾過し、乾燥することによって三次元高分子錯体を得ることができる。なお、得られた三次元高分子錯体の構造は、粉末X線のパターンや、磁化率の温度変化、窒素やアルゴン吸着による細孔径分布解析等の手法によって確認することができる。   As the metal salt, formate salts, acetates, sulfates, nitrates, carbonates, perchlorates, tetrafluoroborates, and the like of the metal ions described above can be used. Moreover, as a solvent, alcohols, such as methanol and ethanol other than water and acetone, can be used individually or in mixture. The mixed solution containing a metal ion, an organic ligand, and a pillar ligand is allowed to stand or stir for 1 day to several days, for example, at room temperature or under heating as necessary, and the resulting complex is filtered and dried. By doing so, a three-dimensional polymer complex can be obtained. The structure of the obtained three-dimensional polymer complex can be confirmed by techniques such as powder X-ray pattern, temperature change of magnetic susceptibility, and pore size distribution analysis by nitrogen or argon adsorption.

本発明によれば、本発明の水素吸着材料は、上記の三次元高分子錯体から構成される。上記の三次元高分子錯体によって水素吸着材料を構成することで、当該三次元高分子錯体中のピラー配位子が水素分子と強く相互作用することができるので、水素吸着材料の水素吸着能を顕著に改善することが可能である。   According to the present invention, the hydrogen adsorption material of the present invention is composed of the above three-dimensional polymer complex. By configuring the hydrogen adsorbing material with the above three-dimensional polymer complex, the pillar ligand in the three-dimensional polymer complex can interact with the hydrogen molecule strongly, so the hydrogen adsorbing capacity of the hydrogen adsorbing material can be reduced. A significant improvement is possible.

本発明の水素吸着材料は、任意の形状において使用することができ、例えば、粉末状、ペレット状、モノリス状、板状、繊維状等の形状を使用条件に応じて適宜選択することができる。また、本発明の水素吸着材料の使用方法についても特に制限はなく、例えば、本発明の水素吸着材料を水素と接触させた状態で加圧することにより水素を吸着又は吸蔵させ、あるいは、それを減圧下におくことで吸着又は吸蔵した水素を放出することができる。なお、このように水素を吸着又は吸蔵及び放出させる際の温度は特に限定されないが、本発明の水素吸着材料によれば、室温付近で良好に水素を吸着又は吸蔵及び放出させることができる。   The hydrogen adsorbing material of the present invention can be used in any shape, and for example, a powder shape, a pellet shape, a monolith shape, a plate shape, a fiber shape, and the like can be appropriately selected according to use conditions. Further, the method of using the hydrogen adsorbing material of the present invention is not particularly limited, and for example, hydrogen is adsorbed or occluded by pressurizing the hydrogen adsorbing material of the present invention in contact with hydrogen, or the pressure is reduced. By placing it underneath, adsorbed or occluded hydrogen can be released. The temperature at which hydrogen is adsorbed or occluded and released is not particularly limited, but according to the hydrogen adsorbing material of the present invention, hydrogen can be adsorbed or occluded and released satisfactorily near room temperature.

次に、実施例によって本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited to a following example.

本実施例では、金属イオン、有機配位子及びピラー配位子からなる三次元高分子錯体において、当該三次元高分子錯体中のピラー配位子が窒素原子の孤立電子対を有する材料を調製し、その水素吸着能について調べた。   In this example, in a three-dimensional polymer complex composed of a metal ion, an organic ligand, and a pillar ligand, a material in which the pillar ligand in the three-dimensional polymer complex has a lone pair of nitrogen atoms is prepared. The hydrogen adsorption ability was investigated.

[比較例1]
比較例として、ピラー配位子にピラジンを用いた三次元高分子錯体を調製した。まず、金属イオンであるCu2+の供給源として過塩素酸銅(II)六水和物6.4gを水とエタノールの混合溶媒(水:エタノール=1:1)51mlに溶解し、そこにピラー配位子であるピラジン(pyz)13.9gを水とエタノールの混合溶媒(水:エタノール=1:1)50mlに溶解した溶液を添加した。次いで、得られた溶液に有機配位子である2,3−ピラジンジカルボン酸ナトリウム(Napzdc)2.9gを水とエタノールの混合溶媒(水:エタノール=1:1)86mlに溶解した溶液をさらに添加した。この混合溶液を室温下で1日間放置し、得られた沈殿物を濾過して乾燥することにより[Cu2(pzdc)2(pyz)]nからなる三次元高分子錯体Aを得た。
[Comparative Example 1]
As a comparative example, a three-dimensional polymer complex using pyrazine as a pillar ligand was prepared. First, 6.4 g of copper (II) perchlorate hexahydrate as a source of metal ion Cu 2+ was dissolved in 51 ml of a mixed solvent of water and ethanol (water: ethanol = 1: 1). A solution prepared by dissolving 13.9 g of pyrazine (pyz), which is a pillar ligand, in 50 ml of a mixed solvent of water and ethanol (water: ethanol = 1: 1) was added. Next, a solution obtained by dissolving 2.9 g of organic ligand sodium 2,3-pyrazinedicarboxylate (Napzdc) in 86 ml of a mixed solvent of water and ethanol (water: ethanol = 1: 1) was further added to the obtained solution. Added. This mixed solution was allowed to stand at room temperature for 1 day, and the resulting precipitate was filtered and dried to obtain a three-dimensional polymer complex A composed of [Cu 2 (pzdc) 2 (pyz)] n .

[比較例2]
ピラー配位子としてトランス−1,2−ビス(4−ピリジル)エチレン(dpe)を使用したこと以外は比較例1と同様にして、[Cu2(pzdc)2(dpe)]nからなる三次元高分子錯体Bを得た。
[Comparative Example 2]
A tertiary consisting of [Cu 2 (pzdc) 2 (dpe)] n in the same manner as in Comparative Example 1 except that trans-1,2-bis (4-pyridyl) ethylene (dpe) was used as the pillar ligand. The original polymer complex B was obtained.

[実施例1]
ピラー配位子として4,4’−アゾピリジン(azpy)を使用したこと以外は比較例1と同様にして、[Cu2(pzdc)2(azpy)]nからなる三次元高分子錯体Cを得た。
[Example 1]
A three-dimensional polymer complex C composed of [Cu 2 (pzdc) 2 (azpy)] n is obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that 4,4′-azopyridine (azpy) is used as the pillar ligand. It was.

図1(a)及び(b)は、上で調製した三次元高分子錯体B及びCのフーリエ変換赤外分光(FT−IR)による赤外吸収スペクトルを示す図である。図中の丸印で示される吸収ピークは各三次元高分子錯体において共通の有機配位子である2,3−ピラジンジカルボン酸ナトリウム(Napzdc)のカルボキシル基に関する吸収ピークであり、四角で示される吸収ピークはピラー配位子のピリジル基に関する吸収ピークである。ここで、三次元高分子錯体C(実施例1)は、三次元高分子錯体B(比較例2)におけるピラー配位子中のビニレン基(−CH=CH−)がアゾ基(−N=N−)に置き換わったものであり、三次元高分子錯体Bとほぼ同等の基本骨格を有する。図1の(a)と(b)を比較すると、図1(b)においてビニレン基のC=C二重結合に対応する吸収ピーク(図1(a)中の三角で示される吸収ピーク)を検出しなかったこと以外は、三次元高分子錯体B及びCについてほぼ同等の赤外吸収スペクトルを示した。この結果から、三次元高分子錯体B及びCそれぞれの合成を確認した。   FIGS. 1A and 1B are diagrams showing infrared absorption spectra obtained by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) of the three-dimensional polymer complexes B and C prepared above. The absorption peak indicated by a circle in the figure is an absorption peak related to the carboxyl group of sodium 2,3-pyrazinedicarboxylate (Napzdc), which is a common organic ligand in each three-dimensional polymer complex, and is indicated by a square. The absorption peak is an absorption peak related to the pyridyl group of the pillar ligand. Here, in the three-dimensional polymer complex C (Example 1), the vinylene group (—CH═CH—) in the pillar ligand in the three-dimensional polymer complex B (Comparative Example 2) is an azo group (—N = N-), and has a basic skeleton almost equivalent to that of the three-dimensional polymer complex B. When (a) and (b) in FIG. 1 are compared, the absorption peak (absorption peak indicated by the triangle in FIG. 1 (a)) corresponding to the C═C double bond of the vinylene group in FIG. Except that it was not detected, the three-dimensional polymer complexes B and C showed almost the same infrared absorption spectrum. From these results, the synthesis of each of the three-dimensional polymer complexes B and C was confirmed.

[水素吸着能の評価]
次に、上で調製した各三次元高分子錯体についてそれらの水素吸着能を評価した。試験は、各三次元高分子錯体を室温下(25℃)において10〜30MPaの水素圧で加圧することにより行った。その結果を図2に示す。
[Evaluation of hydrogen adsorption capacity]
Next, the hydrogen adsorption ability of each of the three-dimensional polymer complexes prepared above was evaluated. The test was performed by pressurizing each three-dimensional polymer complex with a hydrogen pressure of 10 to 30 MPa at room temperature (25 ° C.). The result is shown in FIG.

図2は、実施例1並びに比較例1及び2で調製した各三次元高分子錯体の水素吸着量を示すグラフである。図2は、横軸に水素圧(MPa)を示し、縦軸に水素吸着量(mass%)を示している。図2から明らかなように、三次元高分子錯体中のピラー配位子が窒素原子の孤立電子対を有する実施例1の三次元高分子錯体Cにおいて、最も高い水素吸着量を得ることができた。   FIG. 2 is a graph showing the hydrogen adsorption amount of each three-dimensional polymer complex prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2. FIG. 2 shows the hydrogen pressure (MPa) on the horizontal axis and the hydrogen adsorption amount (mass%) on the vertical axis. As is clear from FIG. 2, the highest hydrogen adsorption amount can be obtained in the three-dimensional polymer complex C of Example 1 in which the pillar ligand in the three-dimensional polymer complex has a lone pair of nitrogen atoms. It was.

図3は、実施例1並びに比較例1及び2で調製した各三次元高分子錯体の比表面積と水素吸着量の関係を示すグラフである。図3中の水素吸着量の各値は、図2の水素圧30MPaにおける三次元高分子錯体A〜Cの各値に対応している。図3は、横軸に比表面積(m2/g)を示し、縦軸に水素吸着量(mass%)を示している。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the specific surface area and the hydrogen adsorption amount of each three-dimensional polymer complex prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2. Each value of the hydrogen adsorption amount in FIG. 3 corresponds to each value of the three-dimensional polymer complexes A to C at a hydrogen pressure of 30 MPa in FIG. FIG. 3 shows the specific surface area (m 2 / g) on the horizontal axis and the hydrogen adsorption amount (mass%) on the vertical axis.

図3から明らかなように、実施例1の三次元高分子錯体Cは、比較例2の三次元高分子錯体Bと比べて低い比表面積を有するにもかかわらず、水素の吸着に関して高い活性を示した。この結果は、三次元高分子錯体B及びCがピラー配位子中のビニレン基(−CH=CH−)とアゾ基(−N=N−)を除いて同等の構造を有することを考慮すれば、窒素原子の孤立電子対と水素分子との間に特有の静電的相互作用が存在することを裏付けるものであると考えられる。   As is clear from FIG. 3, the three-dimensional polymer complex C of Example 1 has a high activity with respect to hydrogen adsorption despite having a lower specific surface area than the three-dimensional polymer complex B of Comparative Example 2. Indicated. This result is considered that the three-dimensional polymer complexes B and C have the same structure except for the vinylene group (—CH═CH—) and the azo group (—N═N—) in the pillar ligand. For example, it is considered to support the existence of a unique electrostatic interaction between a lone pair of nitrogen atoms and a hydrogen molecule.

[実施例2]
[分子シミュレーションによる水素吸着能の評価]
次に、上で調製した三次元高分子錯体の構造をベースとして、ピラー配位子を他の化合物に置き換えた三次元高分子錯体の分子モデルを設計し、分子シミュレーションによってそれらの水素吸着量を計算した。
[Example 2]
[Evaluation of hydrogen adsorption capacity by molecular simulation]
Next, based on the structure of the three-dimensional polymer complex prepared above, a molecular model of the three-dimensional polymer complex in which the pillar ligand is replaced with another compound is designed. Calculated.

上記の分子シミュレーションを行うに当たり、その有効性を確認するため、実施例1並びに比較例1及び2で調製した三次元高分子錯体A〜Cについて、実験値と分子シミュレーションによる計算値との比較を行った。   In performing the above molecular simulation, in order to confirm the effectiveness, for the three-dimensional polymer complexes A to C prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, the experimental values were compared with the calculated values by the molecular simulation. went.

分子シミュレーションにおいては、下記の使用プログラム及び使用関数により2価の銅イオン、2,3−ピラジンジカルボン酸(pzdc)及びピラー配位子からなる三次元高分子錯体と水素分子との分子間相互作用を計算し、得られた分子間相互作用に基づいて、下記の使用プログラム及び使用関数により三次元高分子錯体の水素吸着量を計算した。なお、具体的な計算条件については下記のとおりである。
[分子間相互作用の計算]
・使用プログラム:Gaussian03(Gaussian社製)
・使用関数:非経験的分子軌道法(Ab−initio MO法)/aug−cc−pVTZ
[水素吸着量の計算]
・使用プログラム:Towhee−4.16.5
・使用関数:グランドカノニカルモンテカルロ法(Grand Canonical Monte Carlo法)
[計算条件]
・力場:OPLS
・三次元高分子錯体中の点電荷の計算:密度汎関数法(DFT)、二次摂動法(MP2)
・計算を行った三次元高分子錯体のユニットセルの数:6×2×3個
・結晶格子:固定(三次元高分子錯体を構成する分子の運動性を考慮せず)
・温度:25℃
・圧力:10〜30MPa
[周期境界条件]
・カットオフ:12Å
・静電相互作用の計算:エワルド法(Ewald法)
In the molecular simulation, intermolecular interaction between a hydrogen molecule and a three-dimensional polymer complex composed of a divalent copper ion, 2,3-pyrazinedicarboxylic acid (pzdc), and a pillar ligand using the following program and function: Based on the obtained intermolecular interaction, the hydrogen adsorption amount of the three-dimensional polymer complex was calculated using the following program and function. The specific calculation conditions are as follows.
[Calculation of intermolecular interactions]
・ Use program: Gaussian 03 (manufactured by Gaussian)
Function used: non-empirical molecular orbital method (Ab-initio MO method) / aug-cc-pVTZ
[Calculation of hydrogen adsorption amount]
-Program used: Towheee 4.16.5
Use function: Grand Canonical Monte Carlo method (Grand Canonical Monte Carlo method)
[Calculation condition]
・ Force: OPLS
・ Calculation of point charges in three-dimensional polymer complexes: density functional theory (DFT), secondary perturbation method (MP2)
・ Number of unit cells of the calculated 3D polymer complex: 6 × 2 × 3 ・ Crystal lattice: Fixed (without considering the mobility of the molecules constituting the 3D polymer complex)
・ Temperature: 25 ℃
・ Pressure: 10-30MPa
[Periodic boundary conditions]
・ Cutoff: 12mm
・ Calculation of electrostatic interaction: Ewald method (Ewald method)

表1は、三次元高分子錯体A〜Cの水素吸着量に関する実験値である図2の各値を表としてまとめたものであり、表2は、上記の分子シミュレーションによって得られた三次元高分子錯体A〜Cの水素吸着量に関する計算値を示したものである。   Table 1 summarizes each value of FIG. 2 which is an experimental value regarding the hydrogen adsorption amount of the three-dimensional polymer complexes A to C, and Table 2 shows the three-dimensional height obtained by the molecular simulation. The calculated value regarding the amount of hydrogen adsorption of the molecular complexes A to C is shown.

Figure 2009183918
Figure 2009183918

Figure 2009183918
Figure 2009183918

分子シミュレーションによる計算では、三次元高分子錯体を構成する各分子の運動性を考慮していないため、それらによって形成される三次元高分子錯体中の細孔空間が実際の細孔空間よりも広く見積もられている。このため、表1(実験値)と表2(計算値)の各値を比較すると、計算値において三次元高分子錯体の水素吸着量がより高く算出されている。しかしながら、それら実験値と計算値の各値の差は0.1mass%程度でほぼ一定であり、このような差を除けば、実験値と分子シミュレーションによる計算値との間で水素吸着量の良好な一致を確認することができた。よって、上記の分子シミュレーションによる計算方法が、三次元高分子錯体の水素吸着能を予測する上で有効な手段であることがわかった。   In the calculation by molecular simulation, the mobility of each molecule constituting the three-dimensional polymer complex is not taken into consideration, so the pore space in the three-dimensional polymer complex formed by them is wider than the actual pore space. Estimated. For this reason, when each value of Table 1 (experimental value) and Table 2 (calculated value) is compared, the hydrogen adsorption amount of the three-dimensional polymer complex is calculated higher in the calculated value. However, the difference between the experimental values and the calculated values is about 0.1 mass% and is almost constant. Except for such a difference, the hydrogen adsorption amount is good between the experimental values and the calculated values obtained by the molecular simulation. I was able to confirm a good match. Therefore, it was found that the calculation method based on the above molecular simulation is an effective means for predicting the hydrogen adsorption ability of the three-dimensional polymer complex.

次に、三次元高分子錯体A〜Cにおけるピラー配位子を、以下の化学式、すなわち、

Figure 2009183918
及び
Figure 2009183918
で表される化合物、それぞれ4,4’−ビスビピリジルフェニレン及び3,6−ビス(4−ピリジル)−1,2,4,5−テトラジンで置き換えた三次元高分子錯体D及びEについて、上記の分子シミュレーションにより、上記と同様にして水素吸着量を計算した。その結果を図4に示す。なお、図4では、三次元高分子錯体A〜Cの分子シミュレーションによる計算値も併せて示している。 Next, the pillar ligand in the three-dimensional polymer complexes A to C is represented by the following chemical formula:
Figure 2009183918
as well as
Figure 2009183918
And the three-dimensional polymer complexes D and E substituted with 4,4′-bisbipyridylphenylene and 3,6-bis (4-pyridyl) -1,2,4,5-tetrazine, respectively, In the same manner as described above, the hydrogen adsorption amount was calculated by the molecular simulation. The result is shown in FIG. In addition, in FIG. 4, the calculated value by the molecular simulation of three-dimensional polymer complex AC is also shown collectively.

図4は、分子シミュレーションによって計算した三次元高分子錯体A〜Eの水素吸着量を示すグラフである。図4は、横軸に水素圧(MPa)を示し、縦軸に水素吸着量(mass%)を示している。図4の結果から、ピラー配位子の分子長が長くなるにつれて、三次元高分子錯体の水素吸着量が増加していることがわかる。このような水素吸着量の増加は、ピラー配位子の分子長が長くなることで、三次元高分子錯体において形成される細孔が大きくなり、結果として、三次元高分子錯体の比表面積が大きくなったことに起因するものと考えられる。   FIG. 4 is a graph showing hydrogen adsorption amounts of the three-dimensional polymer complexes A to E calculated by molecular simulation. FIG. 4 shows the hydrogen pressure (MPa) on the horizontal axis and the hydrogen adsorption amount (mass%) on the vertical axis. From the result of FIG. 4, it can be seen that the hydrogen adsorption amount of the three-dimensional polymer complex increases as the molecular length of the pillar ligand increases. Such an increase in the amount of adsorbed hydrogen increases the molecular length of the pillar ligand, thereby increasing the pores formed in the three-dimensional polymer complex. As a result, the specific surface area of the three-dimensional polymer complex increases. This is thought to be due to the increase.

一方、ピラー配位子が同等の基本骨格、すなわち、同等の分子長を有するものによって構成された三次元高分子錯体BとC及びDとEに関し、当該三次元高分子錯体中のピラー配位子が窒素原子の孤立電子対を有する含窒素基を含む場合(すなわち、三次元高分子錯体C及びEの場合)に、いずれもそれぞれ対応する三次元高分子錯体B及びDと比べて高い水素吸着量を示した。   On the other hand, with respect to the three-dimensional polymer complexes B and C and D and E constituted by pillar ligands having the same basic skeleton, that is, those having the same molecular length, the pillar coordination in the three-dimensional polymer complex When the child contains a nitrogen-containing group having a lone pair of nitrogen atoms (that is, in the case of the three-dimensional polymer complexes C and E), hydrogen is higher than the corresponding three-dimensional polymer complexes B and D, respectively. The amount of adsorption was shown.

このことは、窒素原子の孤立電子対と水素分子との静電的な相互作用を示唆するものであり、このような静電的相互作用は、先に記載したように、窒素原子の孤立電子対と水素分子との間に起こる特有の相互作用であると考えられる。したがって、金属イオン、有機配位子及びピラー配位子からなる三次元高分子錯体において、当該三次元高分子錯体中のピラー配位子が窒素原子の孤立電子対を有するようピラー配位子を選択することで、得られる三次元高分子錯体の水素吸着能を顕著に改善することが可能である。   This suggests an electrostatic interaction between the lone pair of nitrogen atoms and the hydrogen molecule, and as described above, this electrostatic interaction is caused by the lone electrons of the nitrogen atom. It is thought to be a unique interaction that occurs between a pair and a hydrogen molecule. Therefore, in the three-dimensional polymer complex composed of a metal ion, an organic ligand, and a pillar ligand, the pillar ligand in the three-dimensional polymer complex should be a lone pair of nitrogen atoms. By selecting, it is possible to remarkably improve the hydrogen adsorption ability of the obtained three-dimensional polymer complex.

実施例1及び比較例2で調製した各三次元高分子錯体のフーリエ変換赤外分光(FT−IR)による赤外吸収スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the infrared absorption spectrum by Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR) of each three-dimensional polymer complex prepared in Example 1 and Comparative Example 2. 実施例1並びに比較例1及び2で調製した各三次元高分子錯体の水素吸着量を示すグラフである。It is a graph which shows the hydrogen adsorption amount of each three-dimensional polymer complex prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2. 実施例1並びに比較例1及び2で調製した各三次元高分子錯体の比表面積と水素吸着量の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the specific surface area and hydrogen adsorption amount of each three-dimensional polymer complex prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2. 分子シミュレーションによって計算した三次元高分子錯体A〜Eの水素吸着量を示すグラフである。It is a graph which shows the hydrogen adsorption amount of the three-dimensional polymer complex AE calculated by molecular simulation.

Claims (5)

金属イオンと該金属イオンに配位可能な有機配位子とによって形成される二次元構造が、前記金属イオンに配位可能なピラー配位子を介して積み重ねられた三次元高分子錯体からなり、該三次元高分子錯体中のピラー配位子が、窒素原子の孤立電子対を有する含窒素基を含むことを特徴とする、水素吸着材料。   A two-dimensional structure formed by a metal ion and an organic ligand capable of coordinating to the metal ion is composed of a three-dimensional polymer complex stacked via a pillar ligand capable of coordinating to the metal ion. A hydrogen-adsorbing material, wherein the pillar ligand in the three-dimensional polymer complex contains a nitrogen-containing group having a lone pair of nitrogen atoms. 前記含窒素基がアゾ基又は含窒素複素環基を含むことを特徴とする、請求項1に記載の水素吸着材料。   The hydrogen-adsorbing material according to claim 1, wherein the nitrogen-containing group includes an azo group or a nitrogen-containing heterocyclic group. 前記ピラー配位子が、4,4’−アゾピリジン、3,6−ビス(4−ピリジル)−1,2,4,5−テトラジン、2,5−ジ−4−ピリジニル−ピリミジン、2,5−ジ−4−ピリジニル−ピラジン、2,2’−p−フェニレンビス−s−トリアジン、及び2’,5−ジ−4−ピリジニル−2,5’−ビピリミジンからなる群より選択されることを特徴とする、請求項1又は2に記載の水素吸着材料。   The pillar ligand is 4,4′-azopyridine, 3,6-bis (4-pyridyl) -1,2,4,5-tetrazine, 2,5-di-4-pyridinyl-pyrimidine, 2,5 -Selected from the group consisting of di-4-pyridinyl-pyrazine, 2,2'-p-phenylenebis-s-triazine, and 2 ', 5-di-4-pyridinyl-2,5'-bipyrimidine. The hydrogen-adsorbing material according to claim 1 or 2, characterized in that 前記金属イオンが、銅、亜鉛、ニッケル、コバルト及び鉄からなる群より選択される金属のイオンであることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の水素吸着材料。   The hydrogen adsorption material according to any one of claims 1 to 3, wherein the metal ion is a metal ion selected from the group consisting of copper, zinc, nickel, cobalt, and iron. 前記有機配位子が、2,3−ピラジンジカルボン酸、及び2,3−ピラジンジカルボン酸のカルボキシル基のプロトンを金属イオンで置換したものからなる群より選択される少なくとも1種であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の水素吸着材料。   The organic ligand is at least one selected from the group consisting of 2,3-pyrazinedicarboxylic acid and a proton obtained by substituting the carboxyl group of 2,3-pyrazinedicarboxylic acid with a metal ion. The hydrogen adsorption material according to any one of claims 1 to 4.
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