《ポイント》?従来合成が難しいことが知られていた硫黄を含むMOFの合成に成功し、この新材料が光を照射することで水を分解して水素を発生させる触媒特性を示すことを見出しました。クリーンな太陽エネルギーによる水素発生は、燃料電池の原料供給のための重要なテクノロジーにつながります。?この触媒特性は、硫黄を用いることで光を吸収する効率が上がり、さらに吸収した光エネルギーを反応に利用することができるようになったためであると考えられます。鎌倉吉伸氏?田中大輔准教授らの研究チームと大阪大学および大型放射光施設SPring-8※の共同研究グループは、光を照射することで水を分解して水素を発生させる新しい多孔性物質の開発に成功しました。本研究で開発された多孔性物質は、金属-有機構造体(MOF)や多孔性配位高分子(PCP)と呼ばれ、理想的なナノ空間を持つ物質として世界中で研究されている材料の一種です。本研究では、一般的には合成が難しいとされていた硫黄を含んだMOFの合成に成功しました。硫黄が含まれることによって、従来知られていたMOFでは実現困難な電気伝導性や触媒特性が発現することを実証しました。本物質の開発で得られた知見を基にして、さらなる新触媒や半導体材料の発見が促進される事が期待されます。Society」オンライン版に掲載されました。多孔性物質とは、分子サイズの小さな穴が無数に空いた構造を持つ材料で、活性炭が代表的な物質として古くから知られています。環境エネルギー問題の解決に有用な材料であるとして、世界中で盛んに研究開発されています。多くのMOFは絶縁体で電気を流さず可視光を吸収しませんが、もしMOFが電気を流し、光エネルギーを吸収するような半導体としての特性を示せば、高い比表面積を利用した触媒や太陽電池などのエネルギー変換材料への応用が可能になるため、半導体特性を持つMOFの開発が現在求められています。らの研究チームは、炭素と窒素を含んだ硫黄化合物を用いることで鉛を含む新しいMOFの結晶を開発することに成功しました。これは、窒素が硫黄の反応性を低下させることで、結晶化に最適な反応条件を実現できたためであると考えられます。SPring-8のビームライン(BL02B1)の放射光を用いた実験から明らかにすることに成功しました。玉井尚登教授と片山哲郎助教のチーム、大阪大学の佐伯昭紀教授と正岡重行教授との共同研究から、この新たに開発したMOFが光を吸収することで電気を流し、さらにそのエネルギーを利用することで水を水素に変換する触媒としての能力を持つことを実証しました。小笠原一禎教授と西谷滋人教授との計算機を用いた研究により、鉛と硫黄の原子が作るネットワークが触媒反応に重要な役割を果たしていることを明らかにしました。本研究により開発された新材料が電気を流し、光エネルギーを利用した触媒として機能するという知見は、MOFの新しい用途を切り開く成果になると期待されます。本研究で開発した硫黄を含むMOFの構造。無数の穴が開いていることがわかる。この無数の穴に水を取り込むことができる。骨格は硫黄と鉛と有機分子からできており、そのネットワークが電気を流すことが明らかになった。半導体特性を持つ材料に分子サイズの無数の穴を自在に空けることができれば、様々な触媒反応や電池の電極材料などへの応用が期待されます。本研究の詳細な解析から、開発したMOFの優れた特性は、硫黄を含むことで発現したことが明らかとなりました。今後はこれらの知見を活かして、様々な種類の硫黄を含んだMOFが合成されることとで、より優れた特性を持つ材料の開発が期待されます。水から太陽エネルギーによって水素を発生させる触媒は、燃料電池によるクリーンなエネルギー源に応用できるため、さらなる高性能材料の開発が求められます。一方で、そのような硫黄を含むMOFを合成することは難しく、合成のための反応条件の探索には膨大な試行錯誤が必要となります。19H00903)の支援により行われました。大型放射光施設SPring-8:兵庫県の播磨科学公園都市にある世界最高性能の放射光を生み出す理化学研究所の施設で、利用者支援等は高輝度光科学研究センター(JASRI)が行っている。GeV(ギガ電子ボルト)に由来する。放射光とは、電子を光とほぼ等しい速度まで加速し、電磁石によって進行方向を曲げた時に発生する、指向性が高く強力な電磁波のこと。SPring-8では、この放射光を用いて、ナノテクノロジーやバイオテクノロジー、産業利用まで幅広い研究が行われている。