1. イントロダクション：ノーベル化学賞受賞と研究の原点
2025年10月8日、京都大学高等研究院・物質－細胞統合システム拠点（iCeMS）の北川進教授が、長年取り組んできた「多孔性配位高分子（PCP）」や「金属有機構造体（MOF）」に関する研究によりノーベル化学賞を受賞しました。
教授の研究は、一見すると「穴のある結晶」を作るだけのように思われがちですが、その本質は分子を自在に選び、動的に制御する“分子設計”にあります。今回の受賞は、化学における「構造と機能の設計力」が正当に評価された瞬間といえるでしょう。
2. 多孔性材料（MOF／PCP）とは？
多孔性材料とは、原子・分子レベルのナノスケールの孔（細孔）を持つ結晶性物質のことです。スポンジのように多くの穴があるため、ガスや液体を吸着・分離できます。
中でも北川教授が開拓した「配位高分子（PCP）」や「金属有機構造体（MOF）」は、金属イオンと有機分子が規則正しく結合したネットワーク状構造を持ちます。そのため、細孔サイズや内部環境を精密に設計でき、特定の分子だけを選択的に取り込むことが可能になります。
さらに重要なのは、外部刺激に応じて構造を柔軟に変える「応答性」を持つことです。これによって、分子を「選ぶ」だけでなく、「状況に応じて選び方を変える」ことができるようになります。
3. 北川教授の研究系統と成果ハイライト
ここでは、過去にTiiで紹介した記事から北川教授の代表的な成果を振り返ります。
3.1 多孔性結晶表面のリアルタイム観察
材料が分子を取り込み、構造を変えていく過程を「その場で見る」ことで、動的挙動の理解が飛躍的に進みました。
3.2 温度応答型配位高分子（PCP）の実現
高温で開き、低温で閉じるといった挙動を示し、ガス分離や貯蔵を効率的に制御できます。
3.3 酸素ガスで磁石をON/OFF制御
ガス分子が「磁石のスイッチ」になるという画期的な成果です。
3.4 プロペラ構造 MOFによるCO₂捕捉と有機分子変換
CO₂を捕捉するだけでなく、それを反応場として有機分子へと変換する応用展開を実証しました。
3.5 水と重水（H₂O／D₂O）の効率分離
同位体分離という困難な課題に挑み、燃料電池や原子力技術への応用可能性を示しました。
3.6 CO₂のみにゲートを開く柔軟性材料
他の分子には反応せず、CO₂にだけ“門を開く”という極めて高い選択性を実現しました。
3.7 毒性ガスCS₂の選択的・超高速検出
安全監視や環境センサーとして即時性が極めて重要な分野に貢献します。
3.8 光触媒によるCO₂のギ酸生成
ルテニウム錯体と有機ヒドリドを組み合わせ、可視光照射でCO₂をギ酸へと変換する反応を実現。
人工光合成研究の一環として、CO₂の資源化・燃料化に新たな可能性を示しました。
“CO₂をいかに制御し、利用するか”という北川教授の研究姿勢を端的に示すものです。
4. 技術の「芯」にある設計思想
北川教授の成果を貫く共通点は、「分子と構造の動的相互作用を設計する」という思想です。
- 柔軟性の設計：孔の大きさや形状を状況に応じて変化させる。
- 相互作用の利用：特定の分子と結晶が相互作用したときだけゲートを開く。
- 応答性と選択性の両立：感度を高めつつ誤認を防ぐ。
これらは、従来の“硬い材料”では難しかった高度な分子制御を可能にしました。
5. 応用展望と社会的意味
こうした多孔性材料は、今後の社会課題解決にも大きく貢献すると期待されています。
- CO₂回収・変換：気候変動対策の切り札へ。
- 有害ガスセンサー：産業・環境安全管理に応用。
- 水資源分離：エネルギー産業や核融合研究への寄与。
- スマート材料：分子スイッチ・次世代エレクトロニクスへの展開。
- 人工光合成：CO₂から燃料を生み出す新産業基盤。
基礎科学から応用技術まで広がる可能性は計り知れません。
6. まとめ：なぜノーベル賞に値するのか
北川教授の研究は、「多孔性材料は単なるガス吸着材ではなく、分子を選び、動的に応答し、社会課題に応える機能性材料である」ことを世界に示しました。
その成果は学術的に革新であると同時に、環境・エネルギー・医療など多方面の課題解決につながる可能性を秘めています。まさに、ノーベル賞にふさわしい研究といえるでしょう。
7. 関連記事（参考リンク）
- CS₂ガスの高速検出MOF（2024年12月）
- CO₂にのみゲート開放する柔軟材料（2023年8月）
- 水と重水の分離（2022年11月）
- CO₂捕捉と有機変換（2019年10月）
- 温度応答型PCP（2019年1月）
- 酸素吸着で磁性制御（2019年1月）
- 多孔性結晶表面のリアルタイム観察（2018年12月）
- ルテニウム錯体を用いたCO₂光還元触媒反応（medibio.tiisys.com）
