多孔性材料は内部に無数の細孔を有しており,分子を取り 込んで吸着する性質を持つことから,さまざまな目的に用い られる重要な機能性物質である。たとえば石油工業における 触媒,分離材料から,脱臭剤などの様々な場所に使用されて おり,もはや多孔性材料なしに現代の生活は成り立たないと いっても過言ではない。多孔性材料には長い歴史があり,活 性炭は 4000 年以上,ゼオライトでは約 300 年の歴史がある。 近年,多孔性配位高分子 (Porous Coordination Polymer) あるい は金属-有機構造体 (MOF:Metal-Organic Framework) と呼ば れる多孔性の金属錯体が新規多孔性材料として注目を集めて いる 。図 1a に示すように,MOF は金属イオンと有機配 位子の配位結合を介した自己集合により形成され,規則正し く配列したナノ細孔を有しているために高い空隙率や結晶性 を有しており,ガスの分離や吸蔵特性を示す。加えて,活性 炭やゼオライトなどの従来の多孔性材料に比べて設計性や物 質群としての多様性に優れており,細孔のサイズ,形状など

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... わせによって多彩にコントロールするこ とが出来る。さらに,共有結合やイオン結合から形成される 剛直な無機多孔性材料とは異なり,MOF は比較的弱い配位 結合およびπ-π相互作用などによって組み上がっているため 柔軟な骨格構造であると言え,この点でも従来の多孔性材料 とは異なる 。したがって,この柔軟性に起因するユニーク なガス吸着とそれにともなう動的構造変化が一部の MOF に おいては観測される。例えば図 1b に示すように,ある特定 の MOF はガスを導入してから閾値となるガス圧に達するま で細孔が閉じた状態 "Closed" を保ち, ある分子圧 (ゲートオー プン圧) を超えた時に開いた構造, "Open"に変化して吸着 量が急激に増加を始めるとともに骨格同士の間隔が開く構造 転移を示す。分子圧を下げていくと再び"Closed"へ構造が 変化し,吸着等温線はヒステリシス曲線を描く。こうしたユ ニークな吸着挙動は「ゲートオープン現象」と呼ばれ,比較 的弱い相互作用で形成されている MOF の柔軟性に起因する 現象である , 。ガス種によって異なるゲートオープン圧を 持つことから,ガスの分離膜やセンサー,あるいはスイッチ ングへの応用が提案されている。 近年,高効率なガスの分離膜やセンサーなどの開発のため, MOF を薄膜化する技術が注目されている , 。デバイス応 用に向けて MOF を薄膜化するには,素機能の集積化や細孔 を効率的に利用する観点から,一層ごとに精密に膜厚,結晶 多孔性金属錯体のナノ薄膜化によるガス分子吸着特性の発現 原口 知之 a ,北川 宏 b a 東京理科大学 理学部 第二部 化学科 (〒 162-8601 東京都新宿区神楽坂 1-3) b 京都大学 大学院理学研究科 化学専攻 (〒 606-8502 京都府京都市左京区北白川追分町)