下一代软材料多孔液晶~在流体材料中钻“纳米孔”！！ 〜

名古屋大学
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演示要点

〇可以在作为流体材料的液晶中形成“纳米孔”。¹²⁹Xe核磁共振光谱学^注1)
〇 很明显，多孔材料可以由流体物质制成。
〇〇由于可以容易地排列吸收功能性分子的“纳米孔”，因此有望应用于催化剂材料、有机薄膜太阳能电池、导电油墨材料等。

研究概述

国立大学法人东海国立大学组织名古屋大学理学研究科河野真一郎讲师、V体育工学研究科田中健太郎教授和吉水宏明副教授研究小组进行了联合研究我们在世界上首次证明了可以在液态材料液晶中创建“纳米孔”。这一研究成果将加速多孔液晶的发展，使其成为下一代软材料。
　具有原子或分子大小的纳米级孔隙的多孔（固体）材料，例如活性炭或沸石，用于气体吸附、催化剂等。然而，即使你试图在流体材料上打孔，流动性也会很快填充孔隙。田中教授的研究小组一直在进行大环分子液晶的研究，大环分子液晶是堆叠的环状分子。这项研究的结果表明，“纳米孔”可以在作为流体材料的大环液晶中形成。液晶内部Xe天然气^注2)被引入并合并Xe化学环境和原子迁移性¹²⁹Xe核磁共振我们使用光谱学对其进行了分析，并揭示了“纳米孔”的存在。该研究成果使得多孔材料具有流动性。^注意3），方向^注意4），相变性质^注意5）制造液晶的方法，并通过将各种功能分子掺入纳米孔中，有望应用于催化剂材料、有机薄膜太阳能电池、导电油墨材料等。
　该研究成果发表在2023年11月10日德国化学会期刊《'' 发布于在线突发新闻版。

图由大环化合物制成的多孔液晶

研究背景及内容

　具有“纳米孔”的多孔固体材料，如硅铝酸盐制成的沸石，可以将分子吸附到孔中，因此可用于气体分子和有机物的分离和纯化，以及作为化学反应的场所。近年来，人们尝试在高流动性液晶和液体中创建这种纳米空间。如果能够制造出具有“纳米孔”的多孔液晶，就可以将特定分子纳入孔中并将分子排列在液晶内，从而促进新电子材料、光学材料和催化剂的发展。此外，由于高流动性液晶适合作为成膜材料，因此有望用作墨水来改变各种形状的材料表面的孔隙率。为此，田中教授的研究小组开发了一种“柱状液晶”，它是通过将环状化合物排列成圆柱形而构成的。^注意6）并一直在考虑在液晶内部创建“纳米孔”。然而，由于液晶具有流动性，与晶体相比，分子的排列会波动和移动，因此很难通过实验证明液晶中是否真的存在“孔隙”。
　在这项研究中，河野讲师和田中教授¹²⁹Xe核磁共振与专门研究光谱学的 Hiroaki Yoshimizu 副教授合作，大约1我们分析了使用具有纳米孔的大环化合物创建的柱状液晶的孔空间，并发现该液晶是具有“纳米级孔”的多孔液晶。

研究内容

　NMR（核磁共振）光谱是观察样品中原子所处的化学环境和原子运动的极佳分析方法，可用于分子的结构分析。它是一种稀有气体元素Xe用于观察（氙）原子核磁共振这是光谱学 ¹²⁹Xe核磁共振将光谱纳入多孔固体材料和聚合物材料Xe它已被用作通过观察化学环境和原子运动来分析材料中孔隙空间的手段。这次，为了阐明大环化合物柱状液晶中“纳米孔”的存在，我们使用Xe作为探针。¹²⁹我们使用 Xe NMR 光谱进行孔隙空间分析。
　具有在宽温度范围内呈现柱状液晶相的大环化合物¹²⁹Xe关于充气样品¹²⁹Xe核磁共振测量并取入柱状液晶结构中心的“纳米孔”Xe我们已经成功观测到原子信号。另外，还被纳入了“纳米毛孔”Xe在研究原子迁移率的实验中，发现它们在柱状液晶相内部扩散Xe原子的直径大约为0.5 表明扩散发生的速率类似于具有纳米通道状孔的沸石和多孔液晶中的扩散速率Xe很明显，存在着原子可以移动的空间。

未来发展

　在这项研究中，我们通过实验证明了由大环化合物制成的柱状液晶中存在“纳米孔”，即使它们是流体材料。未来，我们将把功能分子融入纳米孔中，利用液晶的流动性、取向性和相变特性，开发新型催化剂材料、有机薄膜太阳能电池、导电油墨材料等应用。

附加说明

　本研究得到文部科学省科学研究基础研究补助金B“利用液晶纳米空间创造新的反应场”、新学术领域研究（研究领域提案类型）公开称为研究“利用大环化合物的特定纳米空间的传质和分离膜构建的研究”的支持，得到了小笠原科学技术基金会、旭硝子基金会、内藤科学技术基金会的支持基金会、池谷科学技术基金会和德山科学技术基金会。

术语表

注意1）¹²⁹Xe NMR 光谱：
NMR 光谱是一种利用构成小磁铁材料的原子中原子核的特性来分析原子的化学环境和迁移率的方法。Xe元素周期表中的（氙）54它是第一号稀有气体元素，被纳入多孔材料Xe核磁共振通过光谱分析，Xe您可以研究原子周围的纳米孔结构。

注意2）Xe天然气：
元素周期表54稀有气体元素。特别是它的同位素¹²⁹Xe是核自旋1/2，具有核时间共振 (核磁共振) 可以使用光谱法检测。¹²⁹Xe用于捕获气体的各种多孔材料的孔隙结构分析。

注意3) 流动性：
气体、液体和液晶的流动特性。液晶是既具有液体的流动性又具有固体的取向性的物质。

注意4) 方向：
分子或由分子组成的分子结构以规则方式排列的性质。

注意5) 相变性质：
固体、液晶、液体或气体等物质状态的变化称为相变。引起相变的性质称为相变性，一些液晶不仅经历向固体或液体的相变，而且还经历分子排列在内部发生变化的相变。

注意6) 柱状液晶：
通过将盘状分子堆叠成圆柱形而形成的液晶。这项研究表明，通过使用孔径足以容纳分子的圆形分子而不是盘形分子，可以在圆柱形结构内部创建类似孔的“纳米孔”。

论文信息

出版杂志：Angewandte Chemie 国际版
论文标题：通过 129Xe NMR 光谱研究纳米多孔液晶中的连续纳米空间
作者：Shinichiro Kono（名古屋大学）、Hiroaki Yoshimizu（V体育）、Kentaro Tanaka^＊（名古屋大学）（^＊是通讯作者)
DOI：101002/ani202316523
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