研究内容

概要

汚染物質除去、地球温暖化防止、省エネルギー化、により環境負荷を低減し、持続可能な社会創りへの貢献を目指します。 その実現のため、独自の設計に基づいてたくさんの小さな孔(あな)をもった新奇多孔性物質を合成し、化学的手法を用いてその構造と多孔性機能の評価に取り組みます。 このような設計−合成−構造機能評価を繰り返すことにより、高性能化や全く新しい多孔性機能を達成し、実社会への応用可能性を探ります。


地球温暖化ガスの分離・変換

地球温暖化は避けて通ることのできない人類共通の問題です。我々は独自の分子設計に基づく新奇な多孔性物質を合成し、 それを用いて地球温暖化ガスである二酸化炭素やメタン、亜酸化窒素などを高効率に分離・変換することにより、この問題に挑みます。

    参考文献
  • X. Zheng, K. Fukuhara, Y. Hijikata, J. Pirillo, H. Sato, K. Takahashi, S. Noro, T. Nakamura, "Understanding the interactions between the bis(trifluoromethylsulfonyl)imide anion and CO2 using X-ray diffraction analysis of a soft crystal surrogate" Commun. Chem. (Nature publishing group) 2020, 3, 143 (DOI: 10.1038/s42004-020-00390-1 (オープンアクセス))
  • S. Noro, R. Matsuda, Y. Hijikata, Y. Inubushi, S. Takeda, S. Kitagawa, Y. Takahashi, M. Yoshitake, K. Kubo, T. Nakamura, "High CO2/CH4 Selectivity of a Flexible Copper(II) Porous Coordination Polymer under Humid Conditions" (selected in a front cover) ChemPlusChem 2015, 80, 1517-1524 (DOI: 10.1002/cplu.201500278).
  • S. Noro, R. Ochi, Y. Inubushi, K. Kubo, T. Nakamura, "CH4/CO2 and CH4/C2H6 gas separation using a flexible one-dimensional copper(II) porous coordination polymer" Microporous Mesoporous Mater. 2015, 216, 92-96 (DOI: 10.1016/j.micromeso.2015.03.021).
  • S. Noro, Y. Hijikata, M. Inukai, S. Horike, M. Higuchi, S. Kitagawa, T. Akutagawa, T. Nakamura "Highly Selective CO2 Adsorption Accompanied with Low-Energy Regeneration in a Two-Dimensional Cu(II) Porous Coordination Polymer with Inorganic Fluorinated PF6- Anions" Inorg. Chem. 2013, 52, 280-285.(DOI: 10.1021/ic301949n)

水中の汚染物質除去

生物が生きていくためには、水はなくてはならないものです。日本にいれば当たり前のように手に入れることができる安全な水ですが、 世界では多くの場所で安全な水を確保できない状況にあります。世界の総人口は増加することが予想されており、今後日本を含め世界中で十分な量の安全な水が不足することが予想されます。 我々は多孔性物質を使って水中の汚染物質を簡便に除去する技術開発に取り組んでいます。


化成品原料である炭化水素の精製

エチレン、プロピレン、ブタジエンなどの炭化水素ガスはプラスチックやゴム製品など多様な化成品の原料として重要です。 一方で、現在それらを精製するために大量のエネルギーが消費されています。我々は多孔性物質を用いた吸着法による精製の省エネルギー化を目指しています。

    参考文献
  • P. Vervoorts, A. Schneemann, I. Hante, J. Pirillo, Y. Hijikata, T. Toyao, K. Kon, K. Shimizu, T. Nakamura, S. Noro, R. A. Fischer, "Coordinated Water as New Binding Sites for the Separation of Light Hydrocarbons in Metal-Organic Frameworks with Open Metal Sites" ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 9448-9456 (DOI: 10.1021/acsami.9b21261).
  • S. Noro, R. Ochi, Y. Inubushi, K. Kubo, T. Nakamura, "CH4/CO2 and CH4/C2H6 gas separation using a flexible one-dimensional copper(II) porous coordination polymer" Microporous Mesoporous Mater. 2015, 216, 92-96 (DOI: 10.1016/j.micromeso.2015.03.021).

実使用下での分離特性評価

これまでの研究では、測定の容易さから単成分ガス吸着データを用いてガス分離特性が評価されてきました。 しかしながら、本当に目的ガスが分離できるかどうかを判断するためにはなるべく実使用に近い環境(多成分ガス下、室温付近)で ガス分離特性を評価する必要があります。我々は多成分ガス分離評価装置を用いて多孔性物質の真のガス分離特性を調べています。 また多孔性物質は実際にはペレットや膜などに賦形されて使用されます。我々は賦形体の評価も行っています。

    参考文献
  • J. Duan, M. Higuchi, J. Zheng, S. Noro, I.-Y Chang, K. Hyeon-Deuk, S. Mathew, S. Kusaka, E. Sivaniah, R. Matsuda, S. Sakaki, S. Kitagawa "Density Gradation of Open Metal Sites in the Mesospace of Porous Coordination Polymers" J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 11576-11583 (DOI: 10.1021/jacs.7b05702).
  • F. Cheng, Q. Li, J. Duan, N. Hosono, S. Noro, R. Krishna, H. Lyu, S. Kusaka, W. Jin, S. Kitagawa, "Fine-tuning optimal porous coordination polymers by functional alkyl groups for CH4 purification" J. Mater. Chem. A 2017, 5, 17874-17880 (DOI: 10.1039/C7TA02760E).
  • A. Schneemann, Y. Takahashi, R. Rudolf, S. Noro, R. A. Fischer "Influence of Coadsorbates on CO2 Induced Phase Transition in Functionalized Pillared-Layered Metal-organic Frameworks" J. Mater. Chem. A 2016, 4, 12963-12972. (DOI: 10.1039/C6TA03266D).
  • Z. Zhang, M. Sadakane, S. Noro, T. Murayama, T. Kamachi, K. Yoshizawaf, W. Ueda, "Selective carbon dioxide adsorption of ε-Keggin-type zincomolybdate-based purely-inorganic 3D frameworks" J. Mater. Chem. A 2015, 3, 746-755 (DOI: 10.1039/c4ta05496b).