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0.1秒で有機物多孔性物質を合成する方法を開発

UNIST、固体の状態での反応法を提示


UNIST(チョン・ムヨン総長)はエネルギーおよび化学工学部のペク・チョンボム教授研究チームが固体の状態の有機物の結晶に熱を加えると爆発して3次元多孔性有機物構造体が作られることを確認したと11月20日に発表した。

3次元多孔性物質は表面積が広く触媒の支持体や気体の貯蔵分野で多く使用される。代表的な多孔性物質は無機物のゼオライトだが、最近では耐久性のより優れた有機物で多孔性物質を作るための研究が活発に進められている。主に気体や液体の状態で化学反応を誘導して3次元多孔性有機物構造体を作るが、この場合後処理が必要であったり反応結果物の純度が高くない。

研究チームは固体の状態の有機物を加熱する簡単な工程で3次元多孔性有機物構造体を合成した。一般的に固体の状態の有機物を加熱すると溶けてしまいやすいが、研究チームの作った有機物単結晶(HEA)は加熱すると爆発的な化学反応を起こして瞬時に3次元多孔性物質に変わる。

本研究に使用されたHEAはアセチレン基が6つ付いており結晶構造内に水とアセトンの分子が一定量規則的に含まれている。研究チームがHEA単結晶に熱を加えると短時間で爆発的な反応が起き、3次元多孔性有機物構造体に変化した。このときにHEA単結晶は銃弾が発射される過程に類似した経路を経て変化する。

HEA単結晶の基本構造は9つのHEA分子と1つの水の分子、2つのアセトン分子から成る。このうち水とアセトンの沸点が低いため爆発的な反応が起きる。水は100℃でアセトンは56℃で沸騰するので加熱すると二つの分子の運動エネルギーが大きくなる。これによって有機物単結晶が溶ける前に水とアセトンが外部に放出され(雷管爆発)、結晶全体の再配列が起き爆発的反応が生ずる。

研究にあたったペ・ソユン博士は「HEA単結晶構造が壊れて6つのアセチレン基が充分に近くなり0.1秒以内に終了する爆発的な反応が起こる。この反応で合成された3次元多孔性有機物構造体は表面積が広く二酸化炭素吸着剤として卓越した性能を示す」と話している。

ペク・チョンボム教授は「本研究は有機物材料を合成する新たな方法を提示しただけでなく、合成された材料を広範囲に応用できる可能性を提示するもの。固体の状態の反応を利用した新たな材料合成法は学術的価値だけでなく潜在的な応用価値も高くさまざまな分野で注目されるだろう」と述べた。

研究成果は『Nature Communications』に11月17日付で掲載された。





[2017-11-23]

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