2025年 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情報】

〇多元物質科学研究所　講師　岡弘樹
研究室ウェブサイト

【発表のポイント】

• 酸化剤^（注1）としてヨウ素を使用し重合することで、金属不純物が一切無い高純度な多孔性高分子（POPs: Porous Organic Polymers）^（注2）の合成に、初めて成功しました。
• 高純度なPOPsは、機能発揮において不純物の阻害から解放され、極めて大きな比表面積および選択的な二酸化炭素（CO₂）の吸着能を示し、さらに特異的なガス吸着挙動やプロトン伝導性^（注3）などの潜在機能を発現することを実証しました。
• 本手法を用いて従来の機能性高分子材料を見直すことで、材料本来の潜在機能を開拓できます。

【概要】

POPsは、多数の微細な空孔に加え、高い熱的?化学的な安定性、高密度に機能性部位をもつ構造が特徴の多孔質材料であり、ガスの吸着?分離材料、エネルギー貯蔵材料など、幅広い分野での応用が見込まれています。しかし、POPsの合成時に使用する酸化剤または触媒に由来する金属不純物が空孔内に残存し、比表面積の縮小をはじめとして材料本来の機能発揮を妨げていました。

東北大学 多元物質科学研究所の岡 弘樹 講師と笠井 均 教授、同大学院工学研究科バイオ工学専攻の北嶋 奨羽 大学院生と大窪 航平 大学院生の研究グループは、不純物の残存を最小限に抑えるため、酸化剤としてヨウ素を使用したPOPsの合成法を確立しました。ヨウ素とヨウ素由来の不純物は合成後の洗浄で完全に除去し、不純物が残らない高純度なPOPsを合成することができました。今回合成したPOPsは大きな比表面積および選択的なCO₂吸着能を示し、ゲートオープン現象^（注4）を伴う特異的なガス吸着挙動やプロトン伝導性などの潜在機能を初めて発現しました。

本研究はPOPsの高純度化により材料本来の性質が発揮されることを明らかにしたものであり、材料本来の潜在機能の開拓に繋がります。

本研究成果は、2025年2月17日付けで、科学誌Smallに掲載されました。

【用語解説】

注1. 酸化剤：他の物質から電子を奪うことで、その物質を酸化させる物質のことです。ヨウ素は温和な酸化剤として知られています。

注2. 多孔性高分子（POPs: Porous Organic Polymers）：分子鎖が多孔性のネットワークを形成した高分子のことです。炭素、窒素といった非金属元素から成るモノマーを共有結合で繋ぐことで構造が構築されていることから、軽量で、高い熱的?化学的な安定性をもつことが特徴です。

注3. プロトン伝導性：材料中のプロトン（水素イオン）の移動のしやすさを示しています。例えば、固体電解質のプロトン伝導性が向上すると、より高効率な燃料電池が実現できます。

注4. ゲートオープン現象：特定の圧力で、空孔が閉じた構造から、開いた構造へ変化することで、吸着量が大きく増加する現象のことです。この現象が生じるためには、材料の高い柔軟性が必要です。

【論文情報】

タイトル：Triphenylamine-Based Porous Organic Polymers with High Porosity: Their High Carbon-Dioxide Adsorption and Proton-Conductivity Emergencel
著者： Kohei Okubo, Showa Kitajima, Hitoshi Kasai and Kouki Oka*l
*責任著者：東北大学多元物質科学研究所　講師　岡 弘樹l
掲載誌：Small
DOI：10.1002/smll.202410794

詳細（プレスリリース本文）

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（研究に関すること）
東北大学 多元物質科学研究所
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TEL: 022-217-5812
Email: oka*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（報道に関すること）
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