研究情報

東工大、ENEOSの研究G、新吸着機構でCO2を選択的捕捉する、新MOF（金属有機構造体）を創出（2023.11）

　東京工業大学、ENEOS㈱らの研究グループは、従来の吸着機構とは全く異なる「Magic door」機構によりCO2を選択的に捕捉することのできるMOF（Metal-Organic Frameworks、金属有機構造体）を開発した。MOFは金属イオンと有機多座配位子の構成要素を変えることで構造・物性を容易に変化させることができ、非常に設計性に富む材料であることから分離技術の分野において注目されている材料の一つであるが、両者で進めているカーボンニュートラル社会の実現に関するMOFを用いた共同研究の中で、今回新規な「Magic door」機構によるCO2の選択的捕捉材を開発するに至った。

　既存のCO2分離技術である化学吸収法（塩基性溶液への吸収）および固体吸着法（塩基性吸着剤への化学吸着）は強いCO2吸着力を利用するため、CO2選択性が高い反面、回収したCO2を脱離させるために非常に大きなエネルギーを必要とする。一方、開発途上の弱いCO2吸着力を利用する固体吸着剤（物理吸着）では小さなエネルギーで容易にCO2を脱離させることができるがCO2選択性が低いという課題があり実用に至っていない。
　本共同研究で開発したMOFは相互に結合されていない孤立空間（隣の細孔と接点を持たない細孔）を有する。CO2が通過する瞬間のみMOFのフレームワーク構造が微細変化することで、CO2が隣接した孤立空間の間を移動できる通路があたかも扉が開くように現れ、移動後に通路は消失する。これにより、通常は外部と接点を持たない孤立空間へCO2を貯留することができる。その構造変化の際の活性化エネルギーの差により選択性を発現する「Magic door」機構を見出した。これにより、高いCO2選択性と物理吸着レベルの小さなエネルギーでの脱離の両立が実現した。この新たな機構は単結晶X線構造解析、分光学的解析に加え、AIを用いた汎用原子レベルシミュレータMatlantisにより検証した。

「Magic door」機構の概念図

詳しくは、→https://www.titech.ac.jp/news/2023/067904　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　関連情報（BASFとSvante、炭素固体吸着剤MOFの商業生産成功）→https://greenproduction.co.jp/archives/16935