客观日本

日本开发出“照射光可分解水生成氢气的新型多孔物质”

2020年01月09日 化学材料

日本关西学院大学理工学部的田中大辅副教授等人的研究团队与大阪大学和大型同步辐射设施Spring-8组成的联合研究团队,成功开发出了照射光可分解水生成氢气的新型多孔物质。

日本开发出 照射光可分解水生成氢气的新型多孔物质

图:此次研究开发的含硫MOF的结构
可以看出上面有无数个孔。这些孔可以吸收水。另外,骨架由硫、铅和有机分子构成,已确认该网络可以导电。

本次研究开发的多孔物质被称为金属有机框架(MOF)和多孔配位聚合物(PCP),作为具备理想纳米空间的物质,是全球都在推进研发的材料之一。此次,田中副教授等人的研究团队通过采用含碳和氮的硫化合物,成功开发了含铅的新MOF晶体。这一成果是让氮降低硫的反应性,找到了最佳反应条件而获得的。

另外,研究团队还利用高亮度光科学研究中心(JASRI)的Spring-8光束线(BL02B1)的同步辐射光进行了实验,成功确认了新开发的MOF的分子级细孔构造。

具体来说,田中大辅的团队通过与关西学院大学理工学部的吉川浩史副教授开展联合研究,确认了细孔中只吸收水,酒精等有机分子不会进入的现象。此外,通过与关西学院大学理工学部的玉井尚登教授和片山哲郎助教的研究团队,以及大阪大学的佐伯昭纪教授和正冈重行教授开展的联合研究证明,新开发的MOF通过吸收光产生电流,可以将其作为催化剂,利用其能量将水转换为氢。另外,通过与关西学院大学理工学部的小笠原一祯教授和西谷滋人教授利用计算机进行研究,确认铅和硫原子形成的网络在催化反应中发挥着重要作用。

如果能在具有半导体特性的材料上自由形成无数分子级细孔,就有望应用于各种催化反应和电池电极等。本研究通过详细解析发现,新开发的MOF的优异特性是通过含硫实现的。今后,通过利用这些发现可以合成各种含硫MOF,开发出特性更加优异的材料。

相关研究成果已于2019年12月24日发布在《美国化学会志》的网络版上。

论文信息
题目:Semiconductive Nature of Lead-Based Metal-Organic Frameworks with Three-Dimensionally Extended Sulfur Secondary Building Units
期刊:Journal of the American Chemical Society
DOI:10.1021/jacs.9b10436

日文发布全文

文:JST客观日本编辑部翻译

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