京大ら，CO2吸着量を光で制御する新材料を開発

京都大学と東京大学らの研究グループは，二酸化炭素（CO₂）の吸着を光によって制御することができる多孔性材料の開発に成功した（ニュースリリース）。

近年，多孔性金属錯体（PCP）というジャングルジムのような構造の多孔性材料の穴にガス分子を吸着させる技術は，CO₂などの分離・貯蔵に有用であるとして，開発が進められてきた。しかし，多孔性材料の結晶は柔軟性がなく，ガス吸着量を変化させることが困難だった。そこで今回研究グループは，光刺激によってPCPの穴の大きさを調整し，CO₂吸着量を調整できる多孔性材料を新たに開発した。

「ジアリールエテン」という有機分子は，紫外光の照射で閉環反応（閉じてリングを構成するような動き）を，可視光の照射で開環反応（リングを開くような動き）を示すことで知られている。研究グループは，このジアリールエテンをPCPのナノ細孔の表面に導入することで，照射する光の種類によって穴の形と大きさが可逆的に変化する構造を作ることを考えた。

しかし，分子が密に詰まったPCPの固い結晶中では，ジアリールエテンが反応を示すために必要な空間的ゆとりがない。実際，従来の可動性のないPCPでは，ジアリールエテンの光反応は固体の表面で進行するのみで，細孔の構造を効率よく変化させることができなかった。

そこで研究グループは，ジアリールエテン誘導体（DAE：ジアリールエテンとほぼ同じ構造で同じような光反応を示す）を導入したPCPを，知恵の輪の要領で組み合わせることで，フレームワーク同士の相対的な位置が変化できるようにした。これにより，PCPに構造的な柔らかさが生まれ，DAEが光反応を示すための構造的余裕が生まれた。

構造的な柔らかさのないPCPでは，何時間光照射を続けても10〜20%の光反応率であったのに対し，このPCP結晶では，数分間の紫外光照射でほぼ全て（95%以上）のDAE部位が閉環反応を示した。これにより細孔容量が変化し，CO₂の取り込み量も30%以上減少した。また，可視光の照射で，紫外光照射前と同じ構造に戻り，CO₂を取り込む能力も回復した。このような高効率な光反応に基づく吸着現象の可逆的制御は，過去に例がない。

この成果により，これまでより簡単に，任意のタイミングでCO₂の分離・回収を行ない，さらに取り出すことによる再利用も可能になる。また，光エネルギーを効率良く化学反応へと変換するための結晶性プラットフォームとしての可能性も示す成果だとしている。