キング・アブドラ科学技術大学の研究者が新しいMOF設計法を開発 何世紀にもわたるアーチ型の石窓を構築する技術が、多孔質機能材料である金属有機フレームワーク（MOF）にカスタマイズされたナノスケール窓を形成する新しい方法を生み出し、ガス分離や医療分野での応用が期待されています。建築アーチ「中心テンプレート」の分子バージョンは、所定の形状とサイズの開口部を備えた MOF の形成をガイドするために使用されます。
このアプローチを使用して設計および製造される新しい MOF は、ガス分離の可能性を備えた狭多孔質材料から、優れた酸素吸着能力により医療用途の可能性を備えたマクロ多孔質構造まで多岐にわたります。
「新しい構造の設計における最も困難な目標の 1 つは、構造の形成を正確に制御することです」と、この研究を主導したモハメド・エダウディのグループの博士研究員アレクサンドル・サピアニク氏は述べた。 「ネットワーク化学（MOFなどの多孔質結晶材料への分子ビルディングブロックの組み立て）では、センタリングテンプレートの概念が正確な制御を提供する可能性があることに研究チームは気づきました。」
研究の出発点はゼオライト状 MOF (ZMOF) です。ZMOF は通常、超四面体 (ST) と呼ばれる構成要素で囲まれた五角形の窓を持っています。 「私たちの目標は、これらのビルディングブロックを使用して、このよく知られたトポロジーからこれまで報告されたことのないトポロジーへのSTの配置を制御することです」とSapianik氏は述べた。
研究チームは、ST アライメントを制御し、新しい形状とサイズの ZMOF ウィンドウを形成するための中心構造指向エージェント (cSDA) を開発しました。 1 セットの cSDA は、隣接する ST セル間の角度を狭めるように設計されており、小さなウィンドウを形成します。別の cSDA セットは、ST ユニット間の角度を広げ、より大きなウィンドウを形成することを目的としています。
Eddaoudi チームのポスドク研究員、Marina Barsukova 氏は、「MOF の細孔サイズと体積は、その用途に影響を与える重要なパラメーターです。チームが設計した大きなウィンドウ ZMOF (Fe-sod-ZMOF-320) は、既知の MOF の中で最高の酸素吸着能力を示します。この特性は、医療および航空宇宙分野で重要な用途があります。高い能力により、酸素ボトルに貯蔵される酸素の量を増やしたり、酸素を生成したりできるため、産業界では重要です」と述べた。同じ ZMOF は、燃料となる可能性のあるメタンと水素の貯蔵にも優れています。このシリーズの他の ZMOF は、分子混合物の分離にも可能性を示しています。」
Eddaoudi氏のグループの研究科学者Vincent Guillerm氏は、cSDAコンセプトにはMOFのパフォーマンスを向上させることができるいくつかの利点があると述べた。同氏は、「cSDAは大きな窓を小さな窓に分割しており、これが化学分離に役立つことが我々の予備結果で示されている。また、追加の内部細孔表面を提供してガス貯蔵の改善に役立ち、MOFの枠組みを強化して材料の安定性を向上させる。我々が開発した集中型アプローチは、ネットワーク化学のもう1つの強力な戦略であり、エネルギー安全保障と環境持続可能性の分野での用途向けのMOFのオンデマンド製造に大きな可能性をもたらす。」と述べた。