理化学研究所

東京大学

科学技術振興機構

概要

理化学研究所（理研）創発物性科学研究センター統合物性科学研究プログラム創発分子集積研究ユニットの佐藤弘志ユニットリーダー（東京大学大学院工学系研究科客員研究員、科学技術振興機構（JST）さきがけ研究者）、相田卓三副センター長（理研創発物性科学研究センター創発ソフトマター機能研究グループ グループディレクター、東京大学大学院工学系研究科教授）、東京大学大学院工学系研究科化学生命工学専攻のウェンジン・メン特別研究員（研究当時）らの共同研究グループは、「カテナン」分子を3次元的に精密に配列することで、外から加えた力に応答する柔らかい結晶の開発に成功しました。

本研究成果は、指でつまんだり離したりすることで、二酸化炭素などの気体分子を吸脱着できる革新的な多孔性材料の応用などにつながると期待できます。

今回、共同研究グループは、二つのリング状分子が鎖状につながったカテナン分子とコバルトイオン（Co²⁺）を溶媒中で加熱することで、カテナン分子が配位結合によって3次元的に配列した結晶を作製しました。単結晶X線構造解析を用いてこの結晶の構造を調べたところ、結晶の90％以上がカテナン分子からできていること、多数の微小な穴が空いた構造をしていること、温度変化に伴って構造を変えることなどが分かりました。さらに、外から力を加えると形が変わり、力を除くと元の形に戻ることから、結晶でありながらまるでゴムのような性質を示すことも分かりました。

図：分子の鎖「カテナン」を精密に3次元配列させて作る結晶

 

本研究は、科学雑誌『Nature』の掲載に先立ち、オンライン版（10月13日付：日本時間10月14日）に掲載されました。

なお、本研究には、地殻化学実験施設の小松一生准教授が参加しています。
詳細については、理化学研究所 のホームページをご覧ください。