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金属有機構造体(MOFs)による水素貯蔵・吸蔵

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金属有機構造体(MOFs)による水素貯蔵・吸蔵
 
古くて新しいテーマです。小中学生でも設計容易なMetal Organic Frameworksを用いて危険な水素ガスを安全に貯蔵できるという点が面白い。
 
空洞のあるゼオライトや活性炭をはるかに超えるとSigma-Aldrichは述べています(sigmaaldrich.com/japan/materialscience/alternative/mof)。
 
即ちMOFsの手法では適切な金属イオンと有機多座配位子を選ぶと結晶の形状(モルフォロジー)の精密制御ができるということです。
 
 
金属有機構造体(MOF:Metal Organic Frameworks)は、金属と有機リガンドが相互作用することで、活性炭やゼオライトをはるかに超える高表面積を持つ多孔質の配位ネットワーク構造をもつ材料で、ガス吸着や分離技術、センサーや触媒などへの応用が期待されている三次元ミクロポーラス材料です。
 
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一般に、MOF は、
 
(1) 塩基の存在下でソルボサーマル条件または水熱条件の下で合成されます。
 
(2) 多くのMOFは、純粋なN,N-ジエチルホルムアミド(DEF)またはN,N-ジメチルホルムアミド(DMF)溶媒中で調製されますが、これらは高温で分解して緩やかにアミン塩基を生成し、これがリンカーの有機官能基を脱プロトン化して金属有機クラスターを生成します。
 
 
1,3,5-トリス(4-カルボキシフェニル)ベンゼンBTB)はMOFのビルディングブロックです。
 
BTBは近年、表面積が非常に広いMOFを作るリンカーとして使用されています。
 
77 Kで7.5 %という極めて高い水素吸蔵能力を持つ水素吸着材料「MOF-177」(表面積:約 5000 m3/g)は、そのようなMOFの一例です。
 
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chem-station.com/blog/2009/03/post-77
 
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jc-lf-ss.tripod.com/revent-developments
 
  
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jc-lf-ss.tripod.com/revent-developments
 
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 Hydrogen Storage in Metal Organic Frameworks

  (chemistry.uoc.gr/frudakis/mof)
図1
 
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Metal Organic Frameworks (MOFs) ) is a novel family of nanoscale framework materials with tunable porosity. MOFs have been synthesized only in the past few years. Since their discovery, these materials have been considered good candidates for hydrogen storage
 
hydrogen storage materials | metal organic frameworks (MOFs) 

              (students.chem.tue.nl/ifp14/mofs)
図2
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Progress within reticular synthesis (logical construction of networks from molecular building blocks) resulted in a new class of crystalline porous materials. This new class is commonly referred to as metal organic frameworks (MOFs). MOFs consist of metal ions and clusters linked together by organic units.
 
MOFs have emerged as an important new class of porous materials because of the ability to construct different types of pores by chancing the building blocks. The extraordinary low density (1.00 to 0.20 g/cm3) and high surface area (500 to 4500 m2/g) of these materials make them ideal candidates for the storage and separation of gases .
 
The structure of the most common MOF–crystals consists of Zn4O–clusters linked by a variety of organic molecules. The basic structure is the cubic lattice from MOF–5. This structure consists of the Zn4O–clusters linked together with benzenedicarboxylate groups .
 
Variation of the organic component leads to other isorecticular metal organic frameworks (IRMOFs). An illustration of multiple IRMOFs and a MOF is given.

図3(pubs.acs.org/cen/coverstory/83/8334altenergy)
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