ノーベル化学賞受賞：京都大学の北川進氏と新素材「MOF」の影響

【ノーベル化学賞に京都大学・北川進氏ら】
日本発新素材「MOF」に世界が注目　脱炭素のカギにhttps://t.co/cXJSfUaw6s

果物の鮮度の維持や半導体の製造などで実用化されていますが、応用の本命は環境分野です。CO2回収や水素貯蔵に利用しようと世界中で研究が進んでいます。
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— 日本経済新聞電子版（日経電子版） (@nikkei) October 8, 2025

・Xの日本経済新聞電子版さん: 「【ノーベル化学賞に京都大学・北川進氏ら】日本発新素材「MOF」に世界が注目

京都大学の理事である北川進さんがノーベル化学賞を受賞しました。その成果とされる「多孔質材料」の説明を読むと鉱物資源の採掘など人類の経済活動で地球に排出された物質を固定させて貯蔵などは確かにノーベル賞に値します。

Gemini 2.5 Pro の場合

上記文章の前に「下記の文章は三段落のブログ記事を作成するつもりの一段落目なのだが、関連する情報を提示してみて下さい」と追記して、Gemini 2.5 Pro に入力しました。

Gemini の応答
ご提示いただいたブログ記事の導入、大変興味深いですね。京都大学の北川進特別教授は、実際にノーベル化学賞の有力候補として毎年名前が挙がる、世界的に著名な科学者です。まだ受賞には至っていませんが、その功績が受賞に値すると広く認められていることは間違いありません。

ブログの第二段落、第三段落としてご活用いただけそうな情報をいくつかご紹介します。

「多孔質材料」とは？─ 分子のためのアパート

北川先生が研究されている「多孔質材料（たこうしつざいりょう）」、専門的にはPCP (Porous Coordination Polymer) や MOF (Metal-Organic Framework) と呼ばれる物質は、一言でいうと「目に見えないほど小さな穴が無数に空いた物質」です。

金属イオンと有機物（有機配位子）が、まるでジャングルジムのように規則正しく組み合わさってできており、その骨格の隙間がナノメートル（1ミリメートルの100万分の1）サイズの微細な空間（細孔）になっています。この「穴」が非常に重要で、特定の大きさや形の分子だけを選択的に吸着したり、内部で化学反応をさせたりすることができます。まるで、特定の入居者だけを受け入れる「分子のアパート」のようなイメージです。

この材料の画期的な点は、設計図通りに金属と有機物を選ぶことで、穴の大きさや性質を自由自在にデザインできるところにあります。

代表的な有機配位子

多孔質材料の骨格を作る「有機物」の部分を**有機配位子（リンカー）**と呼びます。ジャングルジムの「梁」にあたる部分で、この分子の形や長さを変えることで、穴の大きさを精密に設計できます。その代表的な例の一つが「テレフタル酸」です。

（Pythonのコードと分子構造を示す画像でしたが省略します）

地球を救う「分子のスポンジ」─ 多様な応用例

この多孔質材料がなぜそれほど注目されるのかというと、その応用範囲が非常に広いからです。まさに「分子のスポンジ」として、現代社会が抱える多くの課題を解決する可能性を秘めています。

環境問題への貢献: ご指摘の通り、工場や発電所から排出されるガスの中から、地球温暖化の原因となる二酸化炭素（CO₂）だけを効率的に分離・回収することができます。これにより、温暖化対策に大きく貢献すると期待されています。
クリーンエネルギーの貯蔵: 水素自動車などで利用される**水素（H₂）や、天然ガスの主成分であるメタン（CH₄）**は、体積が大きく貯蔵が難しい気体です。多孔質材料の微細な穴にこれらのガスを高密度で貯蔵することで、より安全で効率的なエネルギー運搬が可能になります。
その他の応用:
- 有害物質の除去: 水や空気から特定の有害物質だけを吸着して取り除くフィルター。
- 触媒: 穴の中で特定の化学反応だけを効率的に進める「反応容器」。
- 医療: 体内の必要な場所まで薬を運び、そこで放出するドラッグデリバリーシステム。

このように、北川先生の研究は、エネルギー、環境、医療といった幅広い分野に革新をもたらす可能性を秘めており、その点がノーベル賞級の成果として高く評価されています。

ChatGPT GPT-5 の場合

Gemini 2.5 Pro と同じ文章を、ChatGPT GPT-5 に入力して対話を開始。

ChatGPT の応答
（省略）

ブログ作成者の質問
MOFsなのだが、様々な物質を含む液体に、フィルター機能が「粗い→細かい」という順序でMOFsを利用する事で様々な物質を分離できたりするという事だろうか？

ChatGPT の応答
とても良い質問です。
はい、**基本的な発想としては「MOFを分子レベルのフィルターとして利用できる」**という理解で合っています。ただし、もう少し正確にいうと — MOF（Metal–Organic Frameworks）は、単純な「物理的な目の粗い→細かい」フィルターというよりも、**分子の大きさや化学的性質に基づいて選択的に分離・吸着できる“分子ふるい”や“分子スポンジ”**のような存在です。

以下で少し詳しく整理します。

🔹 1. MOFの構造とフィルター機能の仕組み

MOFは「金属イオン（または金属クラスター）」と「有機配位子（リンク分子）」が規則的に結合した三次元の格子構造を持ち、その内部に**ナノレベルの孔（細孔）**が形成されています。
この孔の**サイズ（0.3〜2ナノメートル程度）や形状、化学的性質（極性や電荷など）**を分子設計で自在に調整できるのが特徴です。
したがって、「どの分子を通して、どの分子を通さないか」を原子レベルで制御できます。
→ つまり、**“フィルター”というよりは“選択的分子吸着材”**といえます。

🔹 2. 液体混合物の分離への応用

はい、あなたの言うように、複数のMOFを“粗い→細かい”順に組み合わせることで、段階的に分離・精製することも理論的・実験的に可能です。

実際の例：

有機溶媒中の分子分離：分子の大きさや形状が僅かに異なる混合物（例えばキシレン異性体など）を、特定のMOFが選択的に吸着して分離できる。
ガスや液体中のCO₂選択吸着：二酸化炭素だけを他のガスや溶媒分子から吸着・除去する。
水や有機溶媒の脱湿（吸水）や脱塩：水分子だけを通して他の成分を遮断する。

これらは、**孔径や表面官能基（–OH, –NH₂, –COOHなど）を制御したMOFを複数用いる「分級吸着」**として実現可能です。
つまり、物理的にフィルターを重ねるのではなく、化学的に選択性の異なるMOF層を順番に配置して、段階的に物質を選り分けるような使い方です。

🔹 3. 「粗い→細かい」という表現を科学的に言い換えるなら

「粗い」MOF：孔径が大きく、さまざまな分子を取り込めるが選択性は低い。
「細かい」MOF：孔径が小さく、限られた分子しか入れないが、選択性が高い。

このため、
→ 粗いMOFで“大きすぎる不純物”を除き、
→ 細かいMOFで“微妙な違いを持つ分子”を選別する、
という多段階分離が設計上は可能です。

🔹 4. 注意点

ただし、現実には「液体のろ過」ではなく、**吸着・脱着プロセス（化学的または物理的な吸着）**として扱うことが多いです。
つまり、MOFの内部に対象分子を吸着 → 洗浄または加熱などで脱着 → 再利用、というプロセスです。

✅ まとめ

MOFは、分子サイズや極性、化学構造に基づいて分子を選択的に分離できる「分子フィルター」のような素材であり、複数のMOFを組み合わせることで段階的な分離・精製を行うことも理論的に可能。

ご希望があれば、

「液体中の分離応用」を例示する実験・研究論文（例：水-エタノール混合物の分離、芳香族化合物の分離など）を具体的に紹介
あるいは「ブログ用に分かりやすく比喩を交えて説明する」
のどちらかの方向に展開できます。どちらにしてみましょうか？

Grok 3 の場合

Gemini 2.5 Pro と同じ文章を、Grok 3 に入力して対話を開始しました。

Grok の応答
（省略）

Grok の応答
はい、その通りです。金属有機構造体（MOFs）は、その設計自由度と多孔性の特性を活かし、液体や気体に含まれる様々な物質を選択的に吸着・分離する「フィルター」として機能します。「粗い→細かい」という順序でMOFsを利用することで、段階的な物質分離を実現できるという考えは、MOFsの特性をうまく捉えたものです。以下で詳しく説明します。

MOFsのフィルター機能と段階的利用

孔のサイズと選択性:
- MOFsは、金属イオンと有機リガンドを組み合わせた構造により、ナノスケールの孔（孔径：0.3～10nm程度）を持ちます。この孔のサイズや形状は、合成時に有機リガンドや金属を選択することで精密に調整可能です。
- 孔径の異なるMOFsを「粗い（大きな孔）」から「細かい（小さな孔）」の順に配置することで、異なる分子サイズや性質（例: 親水性、疎水性）を持つ物質を段階的に分離できます。たとえば、大きな分子（例: 有機汚染物質）を先に捕捉し、次に小さな分子（例: 重金属イオンやガス分子）を吸着するといったプロセスが可能です。
段階的フィルターの仕組み:
- 粗いフィルター（大きな孔のMOFs）: 例えば、孔径が数ナノメートルのMOFsを使えば、比較的大きな有機分子（例: 染料や石油由来の汚染物質）を捕捉できます。これにより、液体中の大型の不純物を最初に除去します。
- 中間フィルター: 中程度の孔径のMOFsで、中サイズの分子（例: 特定の有機化合物や中規模の金属イオン）を分離。
- 細かいフィルター（小さな孔のMOFs）: 非常に小さな孔（例: 0.3～1nm）のMOFsを用いて、小さなイオン（例: 鉛、カドミウム）やガス分子（例: CO2、H2）を選択的に吸着します。
- このような「多段フィルター」システムは、MOFsの化学的特性（例: 親水性や特定の分子との親和性）を調整することで、さらに効率化できます。たとえば、特定のMOFsはCO2に強く結合する一方、他のガス（例: 窒素）はほとんど吸着しません。
実際の応用例:
- 廃水処理: MOFsを用いたフィルターシステムで、工業廃水から大型の有機汚染物質（例: ベンゼン誘導体）→中サイズの分子→重金属イオン（例: 鉛やカドミウム）を順に除去するプロセスが研究されています。これにより、複雑な組成の液体を段階的に浄化可能です。
- ガス分離: 空気中のCO2を捕捉する際、粗いMOFsで水分や大型分子を除去し、細かいMOFsでCO2を選択的に吸着するシステムが実用化されつつあります。これは、カーボンニュートラル技術として注目されています。
- 北川進氏の研究では、「柔軟なMOFs」を活用し、外部刺激（圧力や温度）で孔のサイズや形状が変化する特性を利用して、より精密な分離を実現しています。この柔軟性が、段階的フィルターシステムの効率を高めます。

ブログ記事への展開案

第2段落: MOFsのフィルター機能に焦点を当て、「粗い→細かい」という段階的アプローチを具体例（例: 廃水処理やCO2捕捉）で説明。読者に、MOFsが環境問題解決にどう役立つかをイメージさせると良いでしょう。
第3段落: 北川氏の柔軟MOFsの独自性や、産業・医療への応用可能性を強調。日本が世界の環境技術をリードする意義を伝え、ノーベル賞受賞のインパクトを締めくくる。

もし具体的な応用例や技術的詳細（例: 特定のMOFsの化学組成や孔径データ）が必要であれば、追加で調査して提供できます。いかがでしょうか？