ばねのような多孔質らせん単結晶を作製 ―水素結合と分子配座を利用した結晶工学の新展開―

2026年9月18日

理学研究科
プレスリリース

研究成果のポイント

結晶化条件の制御により、ばねのようならせん形状をもち、1 gあたり1185 m²の比表面積と、300 °Cを超える耐熱性を達成した多孔質結晶材料を創出
多孔質結晶材料において、らせん形態をもつ結晶はほとんど報告例がなく、らせんという巨視的な形状を活かした材料の性質や機能の開発は未開拓だった
化学物質の吸着・脱離によって結晶が伸び縮みするマイクロ材料への応用や、らせん形態がもつ機能と多孔性を組み合わせた新たな材料への展開に期待

概要

大阪大学大学院基礎工学研究科の村田優月さん（博士前期課程）、橋本泰利さん（博士後期課程）、桶谷龍成講師、久木一朗教授の研究グループは、同大学院工学研究科の成岡未来さん（博士後期課程）、藤内謙光教授、大阪公立大学の田村僚祐さん（博士前期課程）、酒巻大輔准教授、NIMSの長田裕也博士、金沢大学の山下美桜さん（博士前期課程）、森本将行助教、淺川雅教授らと共同で、ピレン骨格をもつカルボン酸誘導体の結晶化温度を調整することにより、ばねのようならせん状の多孔質結晶^※を世界で初めて構築しました（図）。さらに、このらせんが、内部空間への分子の出し入れによって伸び縮みすることを発見しました。

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図本研究で使用した分子の構造と、結晶構造および結晶写真。

一般に、結晶とは直線的な辺で構成される柱状の形をイメージしますが、有機分子ではらせん状やねじれた結晶が生じることもあります。しかし、多孔質結晶材料においてはらせん形態をもつ結晶はほとんど報告例がなく、らせんという巨視的な形状を活かした材料の性質や機能の開発は未開拓でした。

今回、研究グループは、ピレン骨格をもつカルボン酸誘導体の溶液を、120 ℃で比較的速く蒸発させることにより、結晶の内部にチャネル状の空間をもつ多孔質結晶がらせん状に成長することを見出しました。さらに、らせん結晶を加熱して結晶内部の溶媒分子を除去すると、らせんが伸び、溶媒に浸漬させると縮むという、ばねのような伸縮挙動を示すことを明らかにしました。これにより、結晶の内部構造だけでなく、サブミリメートルスケールの結晶の形状やその変化を利用した新たな機能の創出が期待されます。

本研究成果は、ドイツ化学会誌「Angewandte Chemie International Edition」(オンライン)に、９月7日（月）に公開されました。

掲載誌情報

【発表雑誌】 Angewandte Chemie International Edition
【論文名】 Helical Single Crystals of Porous Hydrogen-Bonded Organic Frameworks as a Candidate for Morphologically Functional Organic Materials
【著者】 Yuzuki Murata, Taito Hashimoto, Ryusei Oketani, Miki Naruoka, Yuuya Nagata, Ryosuke Tamura, Mio Yamashita, Masayuki Morimoto, Daisuke Sakamaki, Norimitsu Tohnai, Hitoshi Asakawa, and Ichiro Hisaki

【掲載URL】https://doi.org/10.1002/anie.7959451