2023-08-02 京都大学
様々な類似ガス分子の中から二酸化炭素に対してのみゲートを開いて吸着する、フレキシブルな多孔性材料を開発（©️高宮ミンディ/京都大学アイセムス）
京都大学アイセムスの北川進特別教授、大竹研一特定助教、Yifan Gu 特定研究員(現 中国同済大学教授)らの研究グループは、中国同済大学の研究グループと共同で、様々なガス分子の中から二酸化炭素に対してのみゲートを開いて吸着するフレキシブル多孔性材料の開発に成功しました。
温室効果ガスである二酸化炭素(CO2)を効率的に分離して回収する技術の開発は、産業的および環境上の重要な課題です。その中で、多孔性材料を利用した吸着分離法は、エネルギー効率が高く省エネルギーな分離方法として注目を浴びています。
しかしながら、これまでの多孔性材料を用いたガス分離の研究では、主に二成分混合ガスに焦点が当てられており、多数の類似成分ガスから単一成分を識別する多孔性材料の開発に関する研究はほとんど行われていませんでした。そのため、そのような材料の設計指針についてもほとんど知られていませんでした。本研究では、構造に柔軟性を持つ多孔性配位高分子(PCP/MOF)を設計し、構造の柔軟性を活かした波形チャネルシステムを実現することによって、特定のガス分子に対して選択的な反応を示すことを明らかにしました。吸着ガスとの結合部位と構造変化を相乗的に作用させることにより、N2、CH4、CO、O2、H2、Ar、C2H2、C2H4、C2H6などの類似ガス分子 9 種類に対して CO2のみを分離することができること初めて実証しました。
これまで未開拓であった CO2に対する選択的な吸着現象のメカニズムおよびその設計指針が解明されたことで、同様の性質を示す様々な素材の開発に繋がります。CO2を始めとする様々なガスの分離や、精製と言った難題を解決する新素材への応用が期待されます。
本成果は 2023 年 7 月 15 日に、英国科学誌「Nature Communications」オンライン版で公開されました。
詳しい研究成果について
二酸化炭素に対してのみゲートを開いて吸着する フレキシブル多孔性材料を開発
書誌情報
論文タイトル：“Soft Corrugated Channel with Synergistic Exclusive Discrimination Gating for CO2 Recognition in Gas Mixture” (参考訳:混合ガス中のCO2認識のための相乗的な排他的識別ゲーティングを持つソフト波形チャンネル)
著者： Yifan Gu, Jia-Jia Zheng, Ken-ichi Otake, Shigeyoshi Sakaki, Hirotaka Ashitani, Yoshiki Kubota, Shogo Kawaguchi, Ming-Shui Yao, Ping Wang, Ying Wang, Fengting Li, and Susumu Kitagawa
Nature Communications |DOI: 10.1038/s41467-023-39470-w
