JP2016108342A - 超分子金属−有機構造体物質およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
銅基材の金属−有機構造体(MOF)物質、HKUST−1(Science 1999, 283(5405) 1148−50)は、異なる溶媒、温度、又は塩基を用いる合成方法(Chem. Mater. 2010, 22, 5216−5221; Chem. Phys. Chem. 2013, 14, 2825−2832; Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 1442−1447)によりその超分子構造の形態について研究されてきた(Nat. Chem. 2011, 3, 382−387, Cryst. Eng. Comm. 2011, 13, 3314−3316)。
本発明の好ましい形態によると、超分子金属−有機構造体物質はゾル状態の物質である。また、本発明の好ましい形態によると、超分子金属−有機構造体物質はゲル状態の物質である。
本発明の好ましい形態によると、超分子金属−有機構造体物質は粘弾性物質である。
図4は、アセトニトリルを溶媒として用いて製造した金属−有機ゲル(MOG)物質(a)、及びそれから形成された粘弾性物質(b)の走査電子顕微鏡(SEM)写真である。
剪断変形(γ)及びこれに見合う剪断応力(τ)を加えるとき、超分子ハイブリッド金属−有機構造体(MOF)の構造的統合性を研究するために動的流動実験を行う。
図10a及び図10bに示すように、G⊃ACN、G⊃DMF、及びG⊃ETHは約10kPa〜約30kPaの比較的に大きな貯蔵弾性率(G’)、約5kPa〜約20kPaの比較的に大きな損失弾性率(G”)を有するのに対し、G⊃DMSO、及びG⊃MEHは約1kPa〜約5kPaの非常に小さな貯蔵弾性率(G’)、約0.5kPa〜約1.5kPaの非常に小さな損失弾性率(G”)を有する。その結果、図10cから明らかなように、G⊃DMSO、及びG⊃MEHは非常に小さな剪断弾性率を達成することができる。
導電性(電気伝導性)の測定は、全てのサンプルが互いに異なる導電性値を示し、このため、電気的性質の調節可能性を提示するということから興味深い結果を示す。
超分子金属−有機構造体(MOF)ハイブリッド物質の製造のための本発明の実施形態による方法は、同時にゲル繊維性組立体から超分子金属−有機構造体(MOF)ハイブリッドナノ粒子の生成を調節可能にする。
上述した超分子金属−有機構造体(MOF)ハイブリッド物質のユニークな物理的性質とは別途に、これらのゾル−ゲル相のメリットの一つは、超分子金属−有機構造体(MOF)ハイブリッド薄膜が製造し易いということである。前記ナノ粒子のナノ寸法の結晶サイズにおける均一性は、均一であり、コンパクトであり、しかも、平らな薄膜を製造可能にする。
約2mmol(メタノール溶液中のBTCの濃度=約2mM)の1,3,5−ベンゼントリカルボン酸(BTC)をメタノールに溶解させ、ここに約6mmol(メタノール溶液中のトリエチルアミン濃度=約6mM)のトリエチルアミンを添加して完全可溶性リガンドを形成する。前記完全可溶性リガンドが形成された溶液を約5分間超音波処理する。
前記完全可溶性リガンドが形成された溶液の製造時及び前記硝酸銅溶液の製造時にメタノールの代わりにエタノールを用いた以外は、実施例1の方法と同様にする。
前記完全可溶性リガンドが形成された溶液の製造時及び前記硝酸銅溶液の製造時にメタノールの代わりにアセトニトリルを用いた以外は、実施例1の方法と同様にする。
前記完全可溶性リガンドが形成された溶液の製造時及び前記硝酸銅溶液の製造時にメタノールの代わりにN,N−ジメチルホルムアミドを用いた以外は、実施例1の方法と同様にする。
前記完全可溶性リガンドが形成された溶液の製造時及び前記硝酸銅溶液の製造時にメタノールの代わりにジメチルスルホキシドを用いた以外は、実施例1の方法と同様にする。
実施例1において製造された金属−有機ゲル(MOG)を金属−有機構造体(MOF)薄膜の製造のための前駆体として用いる。前記金属−有機ゲル(MOG)を約20mlのメタノールを用いて3回洗浄し、次いで、遠心分離してナノ−金属−有機構造体(nano−metal−organic framework:NMOF)粒子を集める。
実施例1において製造された金属−有機ゲル(MOG)の代わりに、実施例2において製造された金属−有機ゲル(MOG)を用いた以外は、前記実施例6の方法と同様にして薄膜を製造する。
実施例1において製造された金属−有機ゲル(MOG)の代わりに、実施例3において製造された金属−有機ゲル(MOG)を用いた以外は、前記実施例6の方法と同様にして薄膜を製造する。
実施例1において製造された金属−有機ゲル(MOG)の代わりに、実施例4において製造された金属−有機ゲル(MOG)を用いた以外は、前記実施例6の方法と同様にして薄膜を製造する。
実施例1において製造された金属−有機ゲル(MOG)の代わりに、実施例5において製造された金属−有機ゲル(MOG)を用いた以外は、前記実施例6の方法と同様にして薄膜を製造する。
実施例1〜5において、それぞれトリエチルアミンの代わりに水酸化ナトリウム(NaOH)を用いて反応を行う。それぞれの反応混合物を放置したところ、金属−有機ゲル(MOG)が生成される代わりに、沈殿物が形成されることが確認される。それぞれの実験を順次に比較例1〜5と称する。
実施例1〜5において、それぞれトリエチルアミンの代わりに水酸化カリウム(KOH)を用いて反応を行う。それぞれの反応混合物を放置したところ、金属−有機ゲル(MOG)が生成される代わりに、沈殿物が形成されることが確認される。それぞれの実験を順次に比較例6〜10と称する。
温度調節された基底板を備えるPhysica MCR−301(アントンパール社製)流動計を用いて貯蔵弾性率(G’)、損失弾性率(G”)などの流動測定を行う。全ての試験において、基底板と上部板との間の間隔を約1mmに保った平行板配列を用いる。クリープ回復試験及び応力回復試験のために、約10Paの所定の剪断応力を適用する。実施例1〜5で得られた金属−有機ゲル(MOG)の結果を図10および図11に示す。
SC7620 Polaronスパッタコーター(クォーラムテクノロジーズ社製)を用いて金属−有機ゲル(MOG)試片を金薄膜でコーティングする。次いで、走査電子顕微鏡(カールツァイス社製、EVO LS15)を用いて写真を撮影する。実施例1〜5で得られた金属−有機ゲル(MOG)の結果を、それぞれ、図6、図8、図4、図5および図7に示す。
金属−有機構造体(MOF)薄膜の光学イメージ及び表面高さトポグラフィーを無限焦点顕微鏡(IFM)(アリコナ社製Infinite Focus 3D profilometer)を用いて分析する。
ナノ粒子及び金属−有機ゲル(MOG)サンプルのX線粉末回折特性をCu−Kα光源(約1.541Å)を有するリガク社製Smart Lab回折計を用いて分析する。回折データは、約2°から約30°までの2θ角、約0.01°の間隔、及び約1°/分の段階速度の条件下で収集する。
原子力顕微鏡(AFM)高さトポグラフィー及び振幅変調−周波数変調タッピングモードイメ−ジングを大気中においてアサイラムリサーチ社製MFP−3D AFMを用いて行う。振幅変調−周波数変調カンチレバーホルダーに取り付けられた共振周波数約300kHz、力の定数が約40N/mのシリコンAFMプローブ(Tap300−G、バジェットセンサー)をナノ機械特性の測定のために用いる。先端校正は、ヤング率が約4GPaに設定されたMatrimid(登録商標)5218の標準サンプルを用いて行う。
金属−有機ゲル(MOG)サンプルの電気伝導性は、Keithley 2614Bソースメーター及びアルミニウム電極が約1cm置きに配置された注文製作型伝導性セルを用いて測定する。前記電気伝導性の測定のためのセッティングを図23に示す。
Claims (20)
- 銅化合物と、下記一般式1で表わされるトリアルキルアミンと、および3以上のカルボキシル基により置換されたベンゼンとの反応生成物である超分子金属−有機構造体物質。
- 前記銅化合物は硝酸銅(Cu(NO3)2)であり、前記一般式1で表わされるトリアルキルアミンはトリエチルアミン(NEt3)であり、前記3以上のカルボキシル基により置換されたベンゼンは1,3,5−ベンゼントリカルボン酸(BTC)である、請求項1に記載の超分子金属−有機構造体物質。
- 前記反応は、非水性有機溶媒内において行われる、請求項1または2に記載の超分子金属−有機構造体物質。
- 前記非水性有機溶媒は、C1〜C10のアルカノール、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジエチルホルムアミド(DEF)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)、アセトニトリル(ACN)、トルエン、ジオキサン、クロロベンゼン、メチルエチルケトン(MEK)、ピリジン、又はこれらの組み合わせを含む、請求項3に記載の超分子金属−有機構造体物質。
- 前記超分子金属−有機構造体物質はゾル状態の物質である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の超分子金属−有機構造体物質。
- 前記超分子金属−有機構造体物質はゲル状態の物質である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の超分子金属−有機構造体物質。
- 前記超分子金属−有機構造体物質は粘弾性物質である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の超分子金属−有機構造体物質。
- 前記超分子金属−有機構造体物質はナノ粒子状である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の超分子金属−有機構造体物質。
- 前記超分子金属−有機構造体物質は層状構造を有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の超分子金属−有機構造体物質。
- 銅化合物、下記一般式1で表わされるトリアルキルアミン、および3以上のカルボキシル基により置換されたベンゼンを非水性有機溶媒内において反応させることを含む、超分子金属−有機構造体物質の製造方法。
- 前記銅化合物は硝酸銅(Cu(NO3)2)であり、前記一般式1で表わされるトリアルキルアミンはトリエチルアミン(NEt3)であり、前記3以上のカルボキシル基により置換されたベンゼンは1,3,5−ベンゼントリカルボン酸(BTC)である、請求項10に記載の超分子金属−有機構造体物質の製造方法。
- 前記非水性有機溶媒は、C1〜C10のアルカノール、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジエチルホルムアミド(DEF)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)、アセトニトリル(ACN)、トルエン、ジオキサン、クロロベンゼン、メチルエチルケトン(MEK)、ピリジン、又はこれらの組み合わせを含む、請求項10または11に記載の超分子金属−有機構造体物質の製造方法。
- 前記非水性有機溶媒は、メタノール、エタノール、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、アセトニトリル(ACN)、又はこれらの混合物である、請求項10〜12のいずれか1項に記載の超分子金属−有機構造体物質の製造方法。
- 前記銅化合物を含む溶液と、前記一般式1で表わされるトリアルキルアミン及び前記3以上のカルボキシル基により置換されたベンゼンを含む溶液と、を反応させてゾル状態の超分子金属−有機構造体物を製造することを含む、請求項10〜13のいずれか1項に記載の超分子金属−有機構造体物質の製造方法。
- 前記銅化合物を含む溶液と、前記一般式1で表わされるトリアルキルアミン及び前記3以上のカルボキシル基により置換されたベンゼンを含む溶液と、を反応させて反応物を得、前記反応物に熱を加える、または前記反応物を所定の時間放置してゲル状態の超分子金属−有機構造体物質を製造することを含む、請求項10〜13のいずれか1項に記載の超分子金属−有機構造体物質の製造方法。
- 前記銅化合物を含む溶液と、前記一般式1で表わされるトリアルキルアミン及び前記3以上のカルボキシル基により置換されたベンゼンを含む溶液と、を反応させて反応物を得、前記反応物に熱を加えるまたは前記反応物を所定の時間放置することによりゲル状態の物質を製造した後、前記ゲル状態の物質を所定の時間放置して粘弾性の超分子金属−有機構造体物質を製造することを含む、請求項10〜13のいずれか1項に記載の超分子金属−有機構造体物質の製造方法。
- 前記銅化合物を含む溶液と、前記一般式1で表わされるトリアルキルアミン及び前記3以上のカルボキシル基により置換されたベンゼンを含む溶液と、を反応させて反応物を得、前記反応物に熱を加えるまたは前記反応物を所定の時間放置することによりゲル状態の物質を製造し、前記ゲル状態の物質を乾燥させてナノ粒子形態の超分子金属−有機構造体物質を製造することを含む、請求項10〜13のいずれか1項に記載の超分子金属−有機構造体物質の製造方法。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の超分子金属−有機構造体物質を含む成形品。
- 前記成形品はフィルムである、請求項18に記載の成形品。
- 請求項19に記載の成形品を備える電子機器。
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