理化学研究所,東京大学,科学技術振興機構(JST)

令和3年10月14日

理化学研究所
東京大学
科学技術振興機構(JST)

分子の鎖を並べて柔らかい結晶を作る

~気体を効率良く吸脱着できる多孔性材料への可能性~

理化学研究所(理研) 創発物性科学研究センター 統合物性科学研究プログラム 創発分子集積研究ユニットの佐藤 弘志 ユニットリーダー(東京大学 大学院工学系研究科 客員研究員、科学技術振興機構(JST) さきがけ研究者)、相田 卓三 副センター長(理研 創発物性科学研究センター 創発ソフトマター機能研究グループ グループディレクター、東京大学 大学院工学系研究科 教授)、東京大学 大学院工学系研究科 化学生命工学専攻のWenjing Meng(ウェンジン・メン) 特別研究員(研究当時)らの共同研究グループは、「カテナン」分子を3次元的に精密に配列することで、外から加えた力に応答する柔らかい結晶の開発に成功しました。

本研究成果は、指でつまんだり離したりすることで、二酸化炭素などの気体分子を吸脱着できる革新的な多孔性材料の応用などにつながると期待できます。

今回、共同研究グループは、2つのリング状分子が鎖状につながったカテナン分子とコバルトイオン(Co2+)を溶媒中で加熱することで、カテナン分子が配位結合によって3次元的に配列した結晶を作製しました。単結晶X線構造解析を用いてこの結晶の構造を調べたところ、結晶の90パーセント以上がカテナン分子からできていること、多数の微小な穴が空いた構造をしていること、温度変化に伴って構造を変えることなどが分かりました。さらに、外から力を加えると形が変わり、力を除くと元の形に戻ることから、結晶でありながらまるでゴムのような性質を示すことも分かりました。

本研究は、科学雑誌「Nature」の掲載に先立ち、オンライン版(2021年10月13日付:日本時間10月14日)に掲載されます。

本研究は、科学技術振興機構(JST) 戦略的創造研究推進事業(さきがけ)「原子・分子の自在配列と特性・機能(研究総括:西原 寛)」の研究課題「トポロジカル結合の自在配列による革新的機械特性発現(研究者:佐藤 弘志)」、日本学術振興会(JSPS) 科学研究費補助金基盤研究(B)「トポロジカル結合からなる多孔性結晶と力学機能(研究代表者:佐藤 弘志)」、同基盤研究(S)「マルチスケール界面分子科学による革新的機能材料の創成(研究代表者:相田 卓三)」による助成を受けて行われました。

<プレスリリース資料>

<論文タイトル>

“An elastic metal–organic crystal with a densely catenated backbone”
DOI:10.1038/s41586-021-03880-x

<お問い合わせ先>

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