自在にガスを吸収・放出！　次世代の材料、多孔性金属錯体とは

自由にデザインできる

小さな穴が無数にあいた多孔性材料は、消臭剤やフィルターなどさまざまな用途に使われています。中でも注目されているのが、2025年のノーベル化学賞受賞で話題となった「多孔性金属錯体（金属有機構造体、MOF）」です。MOFは金属イオンと有機分子が格子状に規則正しく並んだ構造をしています。一番の特徴は、活性炭など従来の多孔性材料と異なり、穴の大きさや形を自由にデザインして多様な機能を持たせられることです。また、金属イオンと有機分子の溶液を混ぜるだけで簡単に作れるMOFもあるので、環境負荷が低いこともメリットです。金属イオンと有機分子をさまざまに組み合わせて、高機能な新しいMOFが開発されています。

効率よくガスを吸着・分離

一つは、大気中や水中の汚染物質を効率的に分離するMOFです。例えば二酸化炭素を吸着させて分離・回収する場合、従来の多孔性材料では穴のサイズや性質が多様なので二酸化炭素に適した穴でしか吸着できず、効率面で課題がありました。これに対してMOFは、穴のサイズや性質をすべて二酸化炭素にピッタリ合うようデザインできます。加えて構造の柔軟性もMOFの大きな特徴で、構造を変化させて二酸化炭素のみを吸着し、酸素や窒素は穴を閉じて吸着しないといった選択性も実現できます。少しの加圧で二酸化炭素を吸着し、少しの減圧で放出・回収できるような、高効率でエネルギーコストの低いMOFの開発が進められています。

光でコントロール

もう一つは、光に応答してガスを放出するMOFです。光で構造が変化する有機分子を使い、光を当てると穴が開くようなMOFを設計します。例えば、エチレンガスをMOFに閉じ込めて、光を当てて放出を制御すれば、果物の成熟やじゃがいもの出芽の抑制に利用できます。また、クリーンな次世代エネルギーとして期待される水素は分子サイズが小さいため貯蔵が非常に困難です。この水素を閉じ込めて光で放出できるようなMOFの開発も目標とされています。

※夢ナビ講義は各講師の見解にもとづく講義内容としてご理解ください。

※夢ナビ講義の内容に関するお問い合わせには対応しておりません。

先生情報 / 大学情報

北海道大学地球環境科学研究院教授野呂真一郎先生

研究室

興味が湧いてきたら、この学問がオススメ！

錯体化学・多孔性材料

先生が目指すSDGs

メッセージ

どの分野に進むにしても、早めに自分の興味の対象を見つけて深く取り組んでほしいです。興味のあることを見つけるには、これまで自分があまり知らなかった分野に積極的に足を踏み入れて情報収集するのがおすすめです。そうして視野を広げておくと、興味の対象が見つかった後にも必ず役に立つはずです。私も、違う分野の話を聞いて得た知識や刺激が新しいアイデアにつながることが多々あります。また、化学に進もうと思うなら、実験で失敗したときにこそ多くの学びを得てほしいです。

先生への質問

先輩たちはどんな仕事に携わっているの？

北海道大学に関心を持ったあなたは

北海道大学は、学士号を授与する日本最初の大学である札幌農学校として1876年に創設されました。初代教頭のクラーク博士が札幌を去る際に学生に残した、「Boys, be ambitious！」は、日本の若者によく知られた言葉で本学のモットーでもあります。また、140余年の歴史の中で教育研究の理念として、「フロンティア精神」、「国際性の涵養」、「全人教育」、「実学の重視」を掲げ、現在、国際的な教育研究の拠点を目指して教職員・学生が一丸となって努力しています。