高選択性でガスを捕捉するための対話型ネットワーク

研究者らは、ゲートを開いてさまざまな同様のガス分子のうち二酸化炭素のみを吸着する、新しい柔軟な多孔質材料を開発した。 クレジット: 高宮ミンディ/京都大学 iCeMS

ユーラシアレビュー著

「私たちの研究は、多孔質配位高分子 (PCP) 内の細孔形状、構造の柔軟性、分子レベルの結合部位を意図的に組織化することにより、優れた分子認識と分離性能を実証しました」と、京都大学研究所の研究チームリーダーである化学者の北川進氏は述べています。細胞と物質の統合科学のための。

金属有機フレームワーク (MOF) としても知られる PCP は、有機 (炭素ベース) リンカー基によって結合された金属イオンまたはクラスターを持っています。 さまざまな金属成分を選択し、有機基のサイズと構造を調整することで、細かく制御されたサイズ、構造、化学結合能力を備えた細孔を含む多種多様な結晶材料を作成できます。 しかし、新しい研究はそれを超えており、目的の分子が結合すると細孔が適応します。

「私たちは、ゲートとして機能する細孔を選択的に開けることで CO2 分子と相互作用して吸着できる波形チャネル システムを備えたフレキシブル PCP を設計しました。これにより、CO2 のみが通過できるようになります」と同じく京都チームの大竹 健一氏は語ります。 CO2 の分子サイズが比較的小さく、多くの吸着物質に対する親和性が低いため、CO2 の捕捉は特に困難であると彼は説明します。

CO2 と PCP の間の相互作用が達成するものを表す専門用語は、排除差別ゲートです。 これは、抽出ターゲットとして選択された分子 (この場合は CO2) の結合が相乗的な構造変化を引き起こし、結合を強化し、固相構造を開いて結合分子の侵入を可能にすることを意味します。

研究チームは、窒素、メタン、一酸化炭素、酸素、水素、アルゴン、エタン、エテン、エチンなど、工業的に重要な多くの分子を含む混合物から CO2 を収集するためにシステムを使用し、システムの能力を実証しました。

このプロセスは、選択的なガスの回収と再生の全サイクルにわたって、既存のオプションよりも大幅にエネルギー効率が高くなります。 これは、低炭素産業プロセスをサポートできる、より持続可能なガス分離技術の開発にとって重要となる可能性があります。 エネルギー効率は、大気から二酸化炭素を抽出する大規模な気候工学的取り組みにも不可欠です。 抽出、放出、貯蔵のサイクルを動かすために大量のエネルギーの生成が必要な場合、これらは実用的な選択肢ではありません。

研究報告書の筆頭著者であるポスドク研究者のイーファン・グー氏は、「この初期の成功を基礎にして、今後の研究では幅広い選択的ガス抽出プロセスにおいて、より汎用性の高いブレークスルーが達成されることが期待される」と述べている。