金属有機構造体（MOF）は、金属イオンと有機配位子の組み合わせ次第で様々な３次元構造と性質の多孔性結晶を構築することが可能であり、近年新しい機能性材料として期待されている。従来のMOFの研究では、様々な金属と有機配位子の組み合わせから得られる結晶構造とその性質が注目されてきた。一方で、金属ナノ粒子や高分子材料に見られるように、結晶の結晶子サイズ・粒径や結晶外形はその物理的性質を決定する重要な要素の一つである。しかしながら、結晶性を維持したままサイズや外形をナノメートルスケールで精密に制御し、様々なMOFナノ結晶を簡便に作り分ける一般的な合成手法は確立されていない。我々は、金属イオンと配位子の反応性について熱力学的・速度論的な観点から調べ上げ、精密に外形・粒径制御されたMOFナノ結晶を簡便且つ迅速に得る新しい合成方法の開発を行っている。また、作り分けたMOFナノ結晶について、分光学的・物理化学的手法あるいは高分解能電子顕微鏡技術を駆使し、それらの物理的性質の変化、細孔空間や界面の示すガス吸着特性・触媒活性に対する「ナノ構造」と「機能」の関連性を明らかにすることを目指している。
[Latest Publication]
"Unusual ligand substitution of a metal-organic framework with distorted metal–ligand coordination" Hikaru Sakamoto, Akitaka Ito, and Masataka Ohtani* CrystEngComm, 2022, published online.
"Impact of nanosizing a host matrix based on a metal–organic framework on solid-state fluorescence emission and energy transfer" Hikaru Sakamoto, Akitaka Ito, and Masataka Ohtani* Mater. Adv., 2022, 3, 2011–2017.
"Water-triggered macroscopic structural transformation of a metal-organic framework" Masataka Ohtani,* Kazutaka Takase, Pengyu Wang, Kouki Higashi, Kimiyoshi Ueno, Nobuhiro Yasuda, Kunihisa Sugimoto, Mamoru Furuta, and Kazuya Kobiro, CrystEngComm, 2016, 18, 1866–1870.
遷移金属ナノ粒子を触媒とする化学反応において、粒子内部の組成と表面構造の緻密な設計・構築は、触媒性能を左右する決定的な要因となる。特に、次世代のエネルギー開発において極めて重要な課題である人工光合成においては、３ｄ族遷移金属（Mn、Fe、Co、Ni、Cu）を基盤とするナノ粒子触媒の高性能化が強く望まれている。しかしながら、触媒性能をさらに向上させる目的で、性質の異なる複数の遷移金属種を１つのナノ粒子として複合化（合金化）する場合、粒子の核生成・成長速度が遷移金属ごとに極端に異なるため、得られる粒子は塊状の混合物となり、構造を精密に制御することが難しかった。そこで、多様な遷移金属種の組み合わせで、簡便に粒子の複合化と構造制御を達成する新たな手法の開発は、触媒のさらなる高効率化を目指す上で、必要不可欠である。この問題に対し、我々は、加熱速度の制御を鍵とする新しい反応制御手法に着目し、高活性な触媒材料の開発に取り組んでいる。本方法で得られる粒子群は、一様にナノサイズの凹凸構造を有しており、極めて大きな表面積を示す。我々は、従来法では実現困難な様々な遷移金属の組み合わせで複合ナノ粒子を柔軟に設計し、多様な元素界面構造を有する触媒群を系統的に合成することで、高活性な酸化還元ナノ粒子触媒の創製を目指している。
[Latest Publication]
"Rapid One-Pot Solvothermal Batch Synthesis of Porous Nanocrystal Assemblies Composed of Multiple Transition-Metal Elements" Masataka Ohtani,* Tomoyuki Muraoka, Yuki Okimoto, and Kazuya Kobiro, Inorg. Chem., 2017, 56, 11546–11551.
高知工科大学内で利用可能な装置一覧（Available Instrument List in KUT）
原子分解能分析電子顕微鏡（JEOL ARM-200F NEOARM）
・CMOSカメラ（Gatan Rio 16、TVIPS XF416R）
・エネルギー分散型X線（EDX）検出器（JEOL JED-2300T）
・EELS/EFTEM用検出器（Gatan Continuum ER）
・クライオ冷却ホルダー（Gatan Model 698 Elsa）
・温度可変二軸傾斜ホルダー（Protochips、Aduro Fusion200）
透過型電子顕微鏡（JEOL JEM-2100F）
・エネルギー分散型X線（EDX）検出器（Oxford Inca Energy X-max）
走査型電子顕微鏡（Hitachi SU8200）
・エネルギー分散型X線（EDX）検出器（Oxford Inca Energy X-max）
粉末X線回折装置（XRD、Rigaku SmartLab、Rigaku SmartLab SE）
単結晶X線回折装置（Rigaku XtaLAB Synergy-S）
核磁気共鳴分光装置（NMR、JEOL JNM-ECZ400S）
MALDI-TOF型質量分析装置（MALDI-TOF-MS、Bruker Autoflex）
ESI-TOF型質量分析装置（ESI-TOF-MS、AB SCIEX Triple TOF 4600）
比表面積・細孔分布測定装置（MicrotracBEL BELSORP mini II、BELSORP-max II）
熱重量分析装置（TG/DTA、Hitachi STA7200 RV）
示差走査熱量分析装置（DSC、Hitachi DSC-7000X）
蛍光X線分析装置（Malvern Epsilon1）
ゼータ電位・動的光散乱測定装置（DLS、Malvern Zetasizer Nano ZSP）
電気化学装置（BAS ALS-701C、EC frontier ECstat-300）
回転ディスク電極装置（BAS RRDE-3A）
ガスクロマトグラフ自動サンプリング機能付き触媒評価・分析装置（MicrotracBEL BELCAT II）