2022 年度研究成果報告書

トポロジカル結合からなる多孔性結晶と力学機能

研究課題

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研究課題/領域番号	20H02705
研究種目	基盤研究(B)
配分区分	補助金
応募区分	一般
審査区分	小区分32020:機能物性化学関連
研究機関	国立研究開発法人理化学研究所
研究代表者	佐藤弘志国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, ユニットリーダー (20598586)
研究期間 (年度)	2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード	多孔性材料 / 結晶 / トポロジカル結合 / カテナン / 力学特性
研究成果の概要	本研究を通じて、リング状分子が鎖状につながったカテナン分子と金属イオン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次元的に配列させた結晶を作製することに成功した。単結晶X線構造解析などの手法を用いてこの結晶の構造を調べたところ、結晶の90％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った。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驚くべき性質を示すことも分かった。
自由記述の分野	機能物性化学
研究成果の学術的意義や社会的意義	今回得られた結晶は、二酸化炭素などのガス分子を内部に取り込むことがわかっており、CO2吸着ならびに等温線において、ヒステリシスを示す。このことは、ガス分子吸着に伴い細孔構造が変化していることを示唆している。機械的な結合を持つパーツの設計を工夫することで、さらに小さな力で変形する結晶作製が可能と考える。将来的には、二酸化炭素のようなガス分子を効率良く取り込んだり放出したりできるスポンジのような結晶、多孔性材料の開発につながるものと期待する。特に、機械的な刺激で簡便に二酸化炭素を放出可能な材料開発を目指している。これにより、革新的な多孔性材料やヒートポンプとしての応用が期待できる。