【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.19】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24UT0082
利用課題名 / Title
気相法による金属有機構造体の薄膜合成
利用した実施機関 / Support Institute
東京大学 / Tokyo Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed
キーワード / Keywords
X線回折/ X-ray diffraction,センサ/ Sensor,エネルギー貯蔵/ Energy storage,二次電池/ Secondary battery,エレクトロデバイス/ Electronic device
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
中山 亮
所属名 / Affiliation
東京大学大学院理学系研究科化学専攻
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
彌永 和輝,和泉 陽大
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
飯盛桂子,府川和弘
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
UT-202：高輝度In-plane型X線回折装置
UT-203：粉末X線回折装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
金属有機構造体(MOF)は規則的なナノ細孔を有し、ガス貯蔵やガス分離、イオン伝導など様々な機能性を示す。MOFのデバイス応用に向けて、気相法による薄膜合成は重要である。しかしながら、気相法によるMOF薄膜合成の条件最適化は困難であるため、報告は数例に限られており、成膜手法の開発が必要である。これまでに、申請者は気相法の一種である物理気相成長法を用いたMOF薄膜合成手法を開発した。その結果、これまでに二次元電気伝導性MOFであるCu3HHTP2 (HHTP: 2,3,6,7,10,11-hexahydroxytriphenylene)の薄膜合成に成功している。ここで、Cu-THQ-MOF(THQ: Tetrahydroxy-1,4-benzoquinone)は、Cu3HHTP2と同じ二次元電気伝導性MOFであり、Liイオン電池の正極材料として、高い容量(387 mAh/g)、高いサイクル安定性を示すことから、電気化学デバイス応用が着目されるMOFである。しかしながら、物理蒸着法を用いたCu-THQ-MOFの薄膜合成は報告されておらず、申請者が開発した気相成膜法の適用範囲は明らかでない。そこで本研究では、開発した気相成膜手法によるCu-THQ-MOFの薄膜合成を試みた。得られた薄膜の赤外吸収スペクトルにおいて、Cu-THQ-MOFと同様の位置にピークが観測されていたが、X線回折において、Cu-THQ-MOFの回折ピークは観測されなかった。これは、Cu3HHTP2の場合とは異なる結果であり、1) 前駆体となるTHQの大気との反応、2) THQの加熱による熱分解などが問題である可能性が示唆された。
実験 / Experimental
化学気相成長法によるCu-THQ-MOFの薄膜合成を行った既報（Jiang et al., Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59(13), 5273-5277.）の合成手順を参考にして、1) 前駆体薄膜の合成、2) 大気下、真空下でのアニール処理という二段階プロセスにより、α-Al2O3(001)基板上にCu-THQ-MOFの薄膜合成を行った。具体的には、まず、抵抗加熱蒸着法により、前駆体となる酢酸銅(Ⅱ) (Cu(OAc)2) 薄膜と THQ 薄膜を室温で交互に堆積させた。得られた as-depo 薄膜を用いて、大気下および真空下で100℃、24hのアニール処理を行った。合成した薄膜試料に対して、赤外吸収（IR）スペクトルおよびX線回折(XRD; SmartLab 9kW, 3kW)による構造評価を行った。
結果と考察 / Results and Discussion
得られた試料のIRスペクトルを測定したところ、大気下で加熱した試料においては、前駆体である酢酸銅と同様の位置に吸収ピークが観測され、配位子となるTHQや目的物であるCu-THQ-MOF由来のピークは観測されなかった。一方、真空下で加熱した試料においては、Cu-THQ-MOFと似た位置に吸収ピークが観測された。そこで、真空加熱後の試料に対して、面直および面内XRDを測定したところ、面内XRDでは回折ピークは観測されず、面直XRDでは基板の回折のみが観測された（図1）。したがって、得られた試料の結晶性は低いと考えられ、これは同じ条件で作製した別試料でも同様であった。結晶性が低い原因として、1) 前駆体となるTHQの大気との反応、2) THQの加熱による熱分解が考えられる。今後は、大気非曝露での前駆体薄膜合成および低温でのアニール処理を検討する。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
得られた薄膜のOut-of-planeおよびIn-plane X線回折パターン。同じ合成条件で二枚の薄膜試料を作製し、評価した。
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件