京大、粘度が1億倍以上変化する多孔性液体を開発 流動性とCO2吸着機能の精密制御に道
京都大学高等研究院物質－細胞統合システム拠点（WPI-iCeMS）の古川修平教授、Xiangmei Xiang大学院生、四川大学のZaoming Wang元博士研究員、および同大学院工学研究科の浦山健治教授らによる国際共同研究グループは、細孔容積を損なわずに粘度を1億倍以上変化させられる多孔性液体の分子設計手法を開発した。研究成果は学術誌「Journal of the American Chemical Society」にオンライン掲載され、京都大学およびiCeMSから発表された。
多孔性材料は気体などの吸着や分離に広く利用されているが、流動性を持つ液体状態で多孔性を維持する「多孔性液体」は、配管を通した輸送や連続プロセスへの適用が期待される新素材として注目されている。しかし、従来の材料設計では液体の流動性（粘度）と気体を蓄える内部空間（細孔容積）の維持を高度に両立させることが困難だった。
研究グループは今回、溶媒を含まないタイプI多孔性液体を開発した。この物質は、中心核となるロジウム金属有機多面体（RhMOP）のナノ多面体表面に、12本の柔軟なポリエチレングリコール（PEG）高分子鎖が結合した星形分子構造を持つ。
実験では、高分子鎖の長さや本数を固定したまま、RhMOP表面の化学官能基を水酸基、ドデシルオキシ基、tert-ブチル基、無置換へと修飾することで、高分子鎖の立体配座が変化することを見いだした。この手法により、摂氏60度において粘度をドデシルオキシ基修飾時の1.8×101 Pa·sから、水酸基修飾時の3.0×109 Pa·sまで、細孔容積を減らすことなく約1億7000万倍の範囲で精密に制御できることを実証した。
さらに、合成された多孔性液体は内部のナノ空間に二酸化炭素を取り込む能力を維持していることが確認された。温度変化に応じて高分子鎖の運動性が変化し、二酸化炭素の吸着を開閉制御できるゲーティング効果も示された。流動性と気体吸着特性を独立して設計可能にする本成果は、効率的な二酸化炭素回収・分離技術の展開に新たな道を開くものとなる。
