米乐m6官方网站[理事长中钵良二]（以下简称“AIST”）无机功能材料研究部[研究部部长Masanobu Awano]材料转换材料组研究组组长木村龙夫是有机交联膦酸和金属氯化物介孔材料的方法，我们开发了一种通过连续控制原料反应性可以合成多种介孔材料的技术。
为了扩大介孔材料的工业应用，重要的是使表面性质多样化，例如使材料表面具有亲水性。因此，有机交联膦酸化合物与各种金属氯化物如氯化铝反应，但用常规方法无法控制反应速率并且孔形成不充分。为此，我们开发了一种技术，可以连续控制与金属氯化物反应的膦酸化合物中酯基的比例，并实现与特定金属氯化物结合形成孔的最佳反应性。所开发的技术增加了介孔材料孔表面性能设计的自由度，因此有望应用于多种领域，例如催化剂材料、过滤材料和人工光合作用材料，这些领域具有不同于传统疏水介孔材料的介观化学反应场。
该结果详情发表在2017年9月22日（当地时间）的《德国化学会杂志》上应用化学国际版
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介孔材料表面的结构与性能
新开发的技术创造了一种具有亲水表面的介孔材料，这在以前是不可能的 |
介孔材料具有规则排列的孔径为2～50 nm的孔，由于其比表面积大，被应用于吸附剂、催化剂载体、光学材料等。介孔材料有多种，例如典型的介孔二氧化硅以及氧化物和碳。此外，在二氧化硅和有机基团在孔壁内以分子水平交替排列的有机-无机杂化介孔材料中，可以控制有机基团的吸附性能并金属络合物的催化反应并模仿光合作用。
近年来，人们希望开发具有亲水孔表面和大比表面积的介孔材料，使人工光合作用能够更准确地再现植物叶片中发生的光反应系统。具有磷酸铝骨架的介孔材料具有亲水性的孔表面，但即使是潮湿水平的水分子也会破坏孔壁内铝、氧和磷之间的键，从而大大降低介孔结构的规则性。
AIST中部中心介孔技术，我们一直在进行构图控制的研究，到目前为止，两亲性有机化合物的自组装体，我们开发了一种使用有机交联膦酸合成无机-有机杂化型介孔材料的方法，其中无机部分不是二氧化硅。然而，当有机交联部分变大时，水等会被吸收。极性溶剂（图1）。此外，当有机交联部分为苯环时，有机交联膦酸与金属氯化物之间的反应不能充分进行，使得难以将其应用于介孔技术。
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| 图1有机交联膦酸的有机交联部分的大小以及在极性溶剂如水中的溶解度 |
通过这种改进的技术，与金属氯化物的反应快速进行有机交联膦酸酯的反应性并致力于骨架含苯环介孔材料的合成。
这项研究和开发得到了日本学术振兴会科学研究资助金（B）“通过分子结构设计开发非二氧化硅基杂化介孔材料的精密合成技术”（项目编号：26288110，2014-2014财年）的支持。
常规合成方法中，原料有机交联膦酸的有机交联部分为亚甲基[-CH2-]和乙烯[-C2H4-]。大苯环[-C6H4-]（1,4-苯膦酸）交联的膦酸与氯化铝的反应不充分，因此所得介孔材料的结构规整性较低。另一方面，所有羟基 (P-OH) 都是酯基 (P-OC2H5)，反应进行(固化)得如此之快，以致于甚至不可能制备溶液。
因此，我们决定通过减少高反应性酯基来控制膦酸化合物的反应性。通过在酸性水溶液中处理1,4-苯膦酸酯并将部分酯基转化为羟基，我们能够调整适合介孔形成的反应性，并合成具有高结构规整性的介孔材料。
通常，反应性由金属源和膦酸的类型决定，但在1,4-苯膦酸酯的情况下，反应性根据酯基的数量而变化。换句话说，可以通过调节四个酯基中的一个为非酯化（被羟基取代）的单取代产物、其中两个为非酯化的二取代产物以及其中三个为非酯化的三取代产物的比例来连续控制反应性（图2）。
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| 图2 使用部分羟基取代的苯交联膦酸酯合成介孔材料 |
介孔材料也可以使用有机交联膦化合物合成，其中将碱性氨基或酸性磺酸基添加到1,4-苯膦酸酯的有机交联部分（图3）。此外，即使使用铝以外的金属氯化物，也可以通过相应地调整酯的比例来优化与金属源的反应性。我们证实可以用氯化钛和氯化钒合成杂化非二氧化硅介孔材料。
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| 图3 添加碱性氨基和酸性磺酸基时的表面结构 |
采用新开发技术合成的杂化介孔材料中，当金属为铝时，孔壁表面变得亲水，含氧化合物等具有亲水位点的化合物可以优先引入孔内，有望用作选择性反应场或过滤材料。此外，由于孔表面的性质根据金属的类型而变化，因此设计介观化学反应场的自由度增加。
我们将研究新开发的技术对其他金属类型的适用性。我们还将致力于开发具有有机交联部分的膦酸化合物，这些化合物可以作为酸或碱催化剂，旨在开发不同于磷酸铝以外的传统疏水介孔材料的介观高性能反应位点。