2.5 次元 MOF の開発に成功！高品質な単結晶を合成し多機能物性を解明

電子 ・陽子の同時伝導と 1 次元反強磁性を示す MOF 材料

【ポイント】

・トリプチセン誘導体を用いて、2次元金属–有機構造体（MOF）の高品質単結晶（※1）合成に成功

・電子・陽子の異方的な同時伝導と、水素結合による一方向反強磁性を実証

・高精度な構造解析により、プロトン化カテコールの存在と水素結合ネットワークを初めて確認

・構造は2次元でも、物性は層間方向に広がる「5次元MOF」という新概念を提唱

【概要説明】

　熊本大学大学院先端科学研究部の張中岳（Zhongyue Zhang）准教授と、名古屋大学の阿波賀邦夫教授（現豊田工業高等専門学校校長）の共同研究グループは、2次元導電性MOFの研究において、長年の課題であった「高品質単結晶の合成」と「構造と物性の因果関係の解明」に世界で初めて成功しました。本研究では、三次元構造を持つトリプチセン誘導体を用いて層間のπ–π相互作用を抑制し、ガラス管内での緩やかな拡散法により、0.3mm超の高品質単結晶の育成を実現しました。また、詳細な構造解析の結果、プロトン化されたカテコール部位が水素結合ネットワークを形成し、それが電子・陽子の異方的な同時伝導や、層間方向に生じる1次元反強磁性といった特異な物理特性を生み出していることを明らかにしました。

　以上より、構造は2次元でありながら、電荷・スピンの相関が3次元的に広がる新しい「2.5次元MOF」という概念を新たに打ち出しました。本成果は、構造–物性相関の理解を大きく前進させるものであり、将来的には量子情報デバイスや化学センサー、次世代電池材料などへの応用が期待されます。

 　本成果は令和７年７月２３日にアメリカ化学会雑誌「Journal of the American Chemical Society」にオンライン掲載されました。なお、本研究は日本学術振興会、公益財団法人ヒロセ財団、アメリカ国家科学財団（NSF）の支援を受けました。

【論文情報】

論文名：Triptycene-Based 2.5-Dimensional Metal−Organic Frameworks:

Atomically Accurate Structures and Anisotropic Physical Properties

from Hydrogen-Bonding Bridged Protonated Building Units

著者：Qi Chen, Amos Afugu, Yoshiaki Shuku, Zhen-Fei Liu, Kunio Awaga,* and Zhongyue Zhang*

掲載誌：Journal of the American Chemical Society

doi：10.1021/jacs.5c08703

URL：https://doi.org/10.1021/jacs.5c08703

【詳細】　プレスリリース（PDF622KB）