바카라 커뮤니티 [Nakabachi Ryoji 회장] (이하 "AIST")무기 기능 재료 연구 부서[연구 부서 이사 Awano Masanobu] 재료 전환 재료 그룹 Kimura Tatsuo 연구 그룹의 책임자유기 가교 된 포스 폰산및 비 실리카 유기형 하이브리드 유형바카라 포러스 물질원료의 반응성을 지속적으로 제어함으로써 다양한 바카라 포러스 물질의 합성을 허용하는 기술을 개발했습니다
바카라 포러스 물질의 산업 적용을 확장하기 위해, 물질 표면 친수성을 만드는 것과 같은 표면 특성을 다각화하는 것이 중요하다 그래서 유기적 가교포스 폰산 화합물염화 알루미늄으로, 기존의 방법은 반응 속도를 제어 할 수 없었으며 기공 형성은 불충분하다 이에 대한 반응으로, 금속 염화물과 반응하는 포스 폰산 화합물의 에스테르 그룹의 비율을 지속적으로 제어하여 특정 금속 염화물과 결합 될 때 기공을 형성하기위한 최적의 반응성을 달성하는 기술이 개발되었다 개발 된 기술은 바카라 포러스 물질의 기공 표면의 특성과 관련하여 설계 자유의 정도를 개선했으며, 기존의 소수성 바카라러스 물질과 다른 중배엽 화학 반응 분야를 갖는 촉매 물질, 필터 재료 및 인공 광합성 물질과 같은 다양한 분야에 적용될 것으로 예상된다
이 성과의 세부 사항은 2017 년 9 월 22 일 (현지 시간) 일본 독일 화학 학회에서 이용할 수 있습니다Angewandte Chemie International Edition에서 출시되었습니다
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바카라 포러스 물질 표면의 구조 및 특성
이번에 개발 된 기술은 이전에 실현할 수없는 친수성 표면으로 바카라 포러스 물질을 만듭니다 |
약 2 내지 50 nm의 직경 기공으로 정기적으로 배열되는 바카라 포러스 물질은 큰 특이 적 표면적을 가지며 흡착제, 촉매 담체, 광학 물질 등으로 사용된다 더욱이, 실리카 및 유기 그룹이 기공 벽 내의 분자 수준에서 교대로 배열되는 유기형 하이브리드 바카라 포러스 물질에서, 유기 그룹의 흡착 특성이 제어 될 수 있고, 기공의 표면도 사용된다금속 복합체모방 광합성
최근에, 친수성 기공 표면과 넓은 특이 적 표면적을 갖는 바카라 포러스 물질의 발달에 대한 희망이있어 식물 잎에서 진행되는 광 반응 시스템의보다 정확한 재생산이 가능하다 골격으로 알루미늄 인산염을 갖는 바카라러스 물질은 친수성이지만 수분을 가진 물 분자조차도 포어 벽의 알루미늄, 산소 및 인 사이의 결합과 같은 문제로 고통을 겪었으며, 이로 인해 바카라 포러스 구조의 규칙 성을 현저하게 감소시킨다
AIST Chubu Center,바카라 포러스 기술의 발전을 향해, 우리는 구성 제어에 대한 연구를 진행하고 있으며 지금까지 노력하고 있습니다양친 매성 유기 화합물의 자체 조립을 사용하여, 본 발명자들은 유기 가교 된 포스 폰산을 사용하여 실리카가없는 무기 유기 하이브리드 바카라 포러스 물질을 합성하는 방법을 개발했습니다 그러나, 유기 가교 부분이 자라면 물이나 다른 유사한 경우에 사용될 수있다Polar Solvent에서 녹을 가능성이 줄어 듭니다 (그림 1) 또한, 유기 가교 부분이 벤젠 고리로 제조 될 때, 유기 가교 된 포스 폰산과 염화물 사이의 반응은 충분히 진행되지 않아 바카라 포러스 기술에 적용하기가 어렵다
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| 그림 1 유기 가교 된 포스 폰산의 크기와 물과 같은 극성 용매에서의 용해도 |
이 개선 된 기술은 금속 클로라이드와의 빠른 반응을 유발합니다유기가 가교 포스 포 네이트 에스테르의 반응성을 조절하기 위해 새로운 방법이 고안되었습니다 백본 내에 벤젠 고리를 함유하는 바카라 포러스 물질의 합성에 작용했다
이 연구 개발은 과학 촉진을위한 일본 사회의 지원으로 수행되었습니다 과학 연구를위한 기본 연구 프로젝트 (B) "분자 구조 설계를 통한 비 실리카 하이브리드 바카라 포러스 바디를위한 정밀 합성 기술 개발"(문제 번호 : 26288110, 2014-2016)
종래의 합성 방법에서, 원료 유기 가교 된 포스 폰산의 유기 가교 부분은 메틸렌이다 [-CH2-] 및 에틸렌 [-c2H4-]와 같은 소규모 유기 그룹에서만 사용할 수 있습니다 큰 벤젠 고리 [-c6H4-]로 가교 된 포스 폰산 (1,4- 벤젠 세 포스 닉산)은 염화 알루미늄과 반응하기에 충분히 진행되지 않으며, 생성 된 바카라 포러스 물질은 구조적 규칙 성이 낮다 한편, 모든 하이드 록실 그룹 (P-OH)은 에스테르 그룹 (P-OC2H5) 인 1,4- 벤젠 인스포스포네이트 에스테르는 빠르게 진행되며 (고형화) 용액을 준비 할 수 없습니다
따라서, 우리는 고도로 반응성 에스테르 기의 수를 감소시킴으로써 포스 폰산 화합물의 반응성을 제어하기로 결정했다 산성 수용액에서 1,4- 벤젠 세 포스 폰산 에스테르를 처리하고 에스테르 기의 일부를 하이드 록실기로 전환함으로써, 반응을 바카라 포러스 형질 전환에 맞게 조정하였고, 높은 구조적 규칙 성을 갖는 바카라 포러스 물질을 합성 할 수있다
일반적으로, 반응성은 금속 공급원 및 포스 폰산의 유형에 의해 결정되지만, 1,4- 벤젠 포스 폰산 에스테르의 경우, 반응성은 에스테르 기의 수에 따라 변화한다 즉, 4 개의 에스테르 그룹으로부터, 반응성은 하나의 비 에스테르 화 (히드 록실 그룹으로 치환 된)로 치환 된 하나의 비율을 조정함으로써 지속적으로 제어 될 수 있으며, 2 개 비 에스테르트 된 2 개의 비 에스테르족으로 비 스테이트 화 된 2 개, 3 개 비 에스테르 화 된 3 개의 비 에스테르 화 된 (그림 2)
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| 그림 2 부분 히드 록실-치환 된 벤젠 가교 된 포스 포 네이트 에스테르를 갖는 바카라 포러스 물질의 합성 |
또한, 기본 아미노기 및 산성 설 폰산기를 1,4- 벤젠 포스 포 네이트 에스테르의 유기 가교 부분에 첨가하는 유기 가교 된 포스 폰 화합물을 사용하여 바카라 포러스 물질을 합성 할 수있다 (도 3) 또한, 알루미늄 이외의 금속 염화물이 변경 되더라도, 에스테르의 비율을 적절하게 조정함으로써 금속 공급원과의 반응성을 최적화 할 수있다 하이브리드 비 실리카 바카라 포러스 물질은 티타늄 및 바나듐 클로라이드로부터 합성 될 수 있음이 확인되었다
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| 그림 3 기본 아미노 그룹 또는 산성 설 폰산 그룹이 추가 될 때 표면 구조 |
이번에 개발 된 기술을 사용하여 합성 된 하이브리드 바카라 포러스 물질은 금속이 알루미늄 일 때 기공 벽의 표면을 가지며, 산소 화 된 화합물과 같은 친수성 부위를 갖는 화합물이 기공에 우선적으로 도입 될 수 있으며, 선택적 반응 장 및 필터 재료로서 사용될 것으로 예상된다 또한, 기공 표면의 특성은 금속의 유형에 따라 다르므로 메스 스케일 화학 반응 필드를 설계 할 수있는 자유를 향상시킵니다
우리는 이번에 개발 된 기술이 다른 금속 종에 적용될 가능성을 조사 할 것입니다 알루미늄 포스페이트를 제외하고, 이전 소수성 바카라 포러스 물질과 다른 바카라 스케일, 고도로 기능성 반응 장을 개발하기 위해, 우리는 또한 산 촉매 및 염기 촉매로서 유기적 가교 부분을 갖는 포스 폰산 화합물을 개발 하는데도 노력하고있다