沸石、活性炭、硅膠為代表的具有納米級空間的多孔材料有望在環(huán)境、能源、光學(xué)、醫(yī)藥、電子等廣泛領(lǐng)域得到應(yīng)用。根據(jù)2013年政府“通過控制物質(zhì)中精細(xì)的空間孔結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)選擇性儲存、運(yùn)輸、分離、轉(zhuǎn)化等功能,創(chuàng)造新型功能材料”的戰(zhàn)略目標(biāo),啟動了多個大型研究項目。有 納米多孔材料的特點(diǎn)是高比表面積和大孔體積,傳統(tǒng)上對天然沸石進(jìn)行了研究,但自 1990 年代以來,介孔材料的研究一直很活躍。然而,該材料體系的骨架組成僅限于硅基絕緣體和包括半導(dǎo)體在內(nèi)的金屬氧化物,其應(yīng)用也僅限于催化劑載體、(光)催化劑和吸附。配合國家戰(zhàn)略,目前正在日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)(JST)ERATO的“山內(nèi)物質(zhì)空間構(gòu)造項目”工作。

沸石在新能源、環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用-國投盛世

作為下一代多孔材料的應(yīng)用,研究人員認(rèn)為有必要擴(kuò)展到日本主要產(chǎn)業(yè)之一的電氣和電子系統(tǒng)。由于對可持續(xù)能源利用和環(huán)境改善的需求,燃料電池、水分解技術(shù)以及儲存和轉(zhuǎn)換能量的二次電池等領(lǐng)域的研究正在加速。這些系統(tǒng)的整體性能高度依賴于起主要作用的催化劑(或電極)材料。通過降低降低反應(yīng)速率的活化能和引入新的反應(yīng)機(jī)制,可以使整體化學(xué)反應(yīng)更有效。迄今為止,作者在世界上率先選擇了導(dǎo)電無機(jī)材料并提出了新的模板分子自組織結(jié)構(gòu),并實(shí)現(xiàn)了具有當(dāng)時無法合成的成分的多孔材料。這些都是多孔體化學(xué)領(lǐng)域的突破。特別是導(dǎo)電性納米多孔金屬本身具有作為(電極)催化劑的金屬表面,具有高比面積,因此有許多有助于促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)領(lǐng)域,它作為第二個受到關(guān)注代多孔材料。

在該項目中,研究人員提出“材料空間構(gòu)造學(xué)”,以納米無機(jī)固體材料為目標(biāo),旨在開發(fā)納米空間和這些材料的高水平集成。通過建立在納米介觀范圍內(nèi)高度集成不同尺寸和成分的納米材料的方法論,我們將實(shí)現(xiàn)基于空間中發(fā)生的各種分子和光電行為的融合的功能出現(xiàn)。致力于創(chuàng)造實(shí)現(xiàn)低成本、低能耗和低環(huán)境影響的未來物質(zhì)和材料。