3Dプリントによる金属有機構造体バルクの作製

3Dプリントによる金属有機構造体バルクの作製
著者: Gwendolyn JH Lim、Yue Wu、Bhuvan B. Shah、J. Justin Koh、Connie K.Liu、Dan Zhao、Anthony K. Cheetham、John Wang、Jun Ding

金属有機構造体(MOF)は、その構造設計可能性と機能調整可能性により、近年研究者から幅広い注目を集めています。多孔質結晶材料である MOF は、不均一触媒、化学センシング、ガス貯蔵および分離の分野で研究のホットスポットとなっています。 MOF は通常、粉末の形で合成されますが、多くの実用的用途では、取り扱いやすいバルクの形に成形する必要があります。しかし、従来の成形方法(ペレット化など)では通常、MOF の機能(細孔サイズや分布、アクセス可能な表面積など)が低下します。この問題に対処するには、複雑な構造を製造できる 3D プリント技術が非常に魅力的です。最近、研究者たちは押し出し3Dプリント技術を使用してMOFを含むブロックを製造していますが、依然として大量の添加剤が必要です。


図 1: HKUST-1gel は、押し出し印刷技術を使用して印刷され、高密度で自立したブロックを作成しました。

この研究では、シンガポール国立大学のジュン・ディン教授のチームが、押し出し印刷技術を使用して、エタノールとCu3(BTC)2(BTC = 1,3,5-ベンゼントリカルボキシレート)(別名HKUST-1)ナノ粒子のみを含むコロイドゲルを印刷し、高密度で自立したブロックを製造することに成功しました。さらに重要なのは、印刷された製品がこの MOF の多孔性とアクセス可能な表面積を維持することです。 3D プリントされた HKUST-1 は、非常に高い比表面積 (1134 m2/g) と高いメソ細孔容積を備えています。 HKUST-1 の典型的な応用であるメタン貯蔵に関しても、3D プリントされた HKUST-1 は、他の成形方法で作られた HKUST-1 ブロックと同等かそれ以上の性能があることを実証しました。


図 2: 3D プリントされた製品は、この MOF の多孔性を維持し、非常に高い比表面積 (1134 m2/g) を示します。
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