実験をしている本人ですら、一体何が専門なんだかよく分からなくなってきた今日この頃です。物理化学で博士の学位を取ったあとは、ひょんな事から材料合成の世界へ・・・。材料合成も楽しい分野ですが、学問と言うよりは料理に近い（混ぜて加熱するだけと言う意味で）ので、いい材料が作れるかどうかは運も重要な気がします。

　金属-有機構造体（Metal-Organic Framework, MOF）などにより提供されるマイクロ孔は、ベンゼンなどのあまり大きくない分子が拡散するには十分な大きさだが、タンパク質など分子量の大きな化合物は進入できない。このような特異的な環境を更に分子レベルで精密に制御することにより、水素やメタンの貯蔵や二酸化炭素の選択的な回収などに適した多孔性材料の開発に取り組んでいる。

　高比表面積を有するMOF が77 K ながら重量比で12% もの水素を吸蔵したり、極性の高い置換基を導入したZIF (Zeolitic Imidazolate Framework) が工業的に広く使われている活性炭よりも優れた選択的な二酸化炭素の回収能を有することを示した点は、上記の研究成果の一例である。これらの成果が純粋な化学的視点のみならず、クリーンエネルギーという側面においても重要な意味を持つことから、今後も体系的に研究を進める必要がある。

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• R. Banerjee, H. Furukawa, D. Britt, C. Knobler, M. O'Keeffe, O. M. Yaghi:
  Control of Pore Size and Functionality in Isoreticular Zeolitic Imidazolate Frameworks and their Carbon Dioxide Selective Capture Properties, J. Am. Chem. Soc., 131, 3875-3877 (2009). [PDF]

• S. S. Han, H. Furukawa, O. M. Yaghi, W. A. Goddard:
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　ガス貯蔵、分離・分析、不均一場における高触媒活性など、多孔性材料に要求される機能は多岐にわたる。これらの要求を満たす材料を効率よく合成するには、必要とされる機能に適した部品をあらかじめ設計し、それらを規則的に集合させる手法が有望である。

　金属イオンの周囲が、有機分子の配位によって取り囲まれた物質を、一般に金属錯体という。この中でも、複数の配位部位を持つ有機分子が複数の金属に配位し、かつ高い周期構造を有する固体（結晶）として得られた場合、これらを従来の金属錯体とは区別し、金属-有機構造体（Metal-Organic Framework, MOF）と呼ぶ。亜鉛クラスター（左図の頂点部分）を、末端にカルボキシル基を有する有機化合物（左図の稜の部分）と組み合わせた化合物はその一例である。

• H. Deng, C. J. Doonan, H. Furukawa, R. B. Ferreira, J. Towne, C. B. Knobler, B. Wang, O. M. Yaghi:
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  Control of Vertex Geometry, Structure Dimensionality, Functionality and Pore-Metrics in the Reticular Synthesis of Crystalline Metal-Organic Frameworks and Polyhedra, J. Am. Chem. Soc., 130, 11650-11661 (2008). [PDF]

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• R. Banerjee, A. Phan, B. Wang, C. Knobler, H. Furukawa, M. O'Keeffe, O. M. Yaghi:
  High-Throughput Synthesis of Zeolitic Imidazolate Frameworks and Application to CO₂ Capture, Science, 319, 939-943 (2008). [PDF]

• A. P. Côté, H. M. El-Kaderi, H. Furukawa, J. R. Hunt, O. M. Yaghi:
  Reticular Synthesis of Microporous and Mesoporous 2D Covalent Organic Frameworks, J. Am. Chem. Soc., 129, 12914-12915 (2007). [PDF]

• H. Hayashi, A. P. Côté, H. Furukawa, M. O'Keeffe, O. M. Yaghi:
  Zeolite A Imidazolate Frameworks, Nature Mater., 6, 501-506 (2007). [PDF]

• H. Furukawa, J. Kim, K. E. Plass, O. M. Yaghi:
  Crystal Structure, Dissolution, and Deposition of a 5 nm Functionalized Metal-Organic Great Rhombicuboctahedron, J. Am. Chem. Soc., 128, 8398-8399 (2006). [PDF]

　メソポーラスシリカをテンプレートとして合成されるメソポーラスカーボンは、高い比表面積を有することから、水素吸蔵材料や触媒担体などへの利用が期待されている。このようなメソポーラスカーボンはまた、導電性を有することから、これらを高出力が可能な電気二重層キャパシタへ応用する試みも始められている。

　カーボン材料の性質は、その出発物質や製法に大きく左右される。そこで、本研究では、フェロセン誘導体をカーボンの出発物質に加えることにより、カーボン自身の内部抵抗の軽減を図った。これにより、導電性が向上するのみならず、フェロセン中の鉄がカーボン骨格の形成における触媒として機能した結果、そのメソ構造の秩序性も向上することを明らかにした。

• H. Furukawa, M. Hibino, I. Honma:
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　光合成アンテナモデルを設計・作製するため、メソポーラスシリカ FSM の細孔内に Chl を導入した。Chl は非常に変性しやすい色素であるが、FSM 表面をジオールで修飾することにより、色素の変性を抑制できることを明らかにした。つぎに、細孔内に二種類の色素（ドナーおよびアクセプター）を導入し、色素間のエネルギー移動を蛍光測定により観察した。少量の Chl を細孔内に導入した場合にもエネルギー移動が見られたことから、色素が細孔内で適度に濃縮されていることが分かった。このエネルギー移動効率を見積もったところ、ドナー/アクセプター = 1/10 の場合に約 75% であった。

　しかし、液相吸着による色素の導入では、細孔内における色素の配向や分散状態を制御することは難しい。そこで、細孔の中心部に色素を配置させるために、側鎖にトリエトキシシリル基を有する Chl 誘導体を新たに合成した。二種類の Chl 誘導体を FSM にグラフトし、エネルギー移動挙動を観察したところ、その効率はドナー/アクセプター = 1/2の場合に 80% 以上にもなることが分かった。このことは、色素が細孔の中心部に配置されることによりエネルギー移動が起こりやすくなったことを示唆している。

　さらに、Chl を界面活性剤中に包括させたメソ構造体薄膜を用いて同様の実験をおこなった場合にも、粉末状のメソポーラスシリカ中と同様にエネルギー移動が起こることが分かった。このようなエネルギー移動移動挙動はシリカ層厚の異なる薄膜を作製した場合にも認められたことから、メソ構造体薄膜がエネルギー伝達場として適していると言える。なお、エネルギー移動に続く電子移動挙動の模倣についても、検討をおこなった。

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  Adsorption of Zinc-metalated Chlorophyllous Pigments on FSM-type Mesoporous Silica, Chem. Lett., 1256-1257 (2000). [PDF]

　水性アルコール中における Chl 類の自己集合様式は Chl の置換基の違いによって大きく変化する。そこで、Chl 分子集合体の成す三次元構造や分光学的特性を調べるため、様々な置換基を有する Chl 誘導体を合成した。Chl の集合様式は Chl 自身の水和物形成能の差異に大きく依存すると共に、自己集合により置換基の差異に関する情報が大きく増幅されることを示した。

　また、近年になり高等植物の光化学系I反応中心（P700）を構成する分子種であることが確認された Chl a' の物性を評価するために、Chl a' 誘導体を新たに合成した。モノマー状態における光酸化還元特性の比較などから、Chl の置換基がクロリン環の歪み具合を変化させると共に、その Chl a との電子状態の違いを生み出していることを明らかにした。

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• J. Y. Choi, J. Kim, H. Furukawa, H. K. Chae:
  Porous Chiral Metal Organic Carboxylate Frameworks with a Double-interwoven SrSi2 Topology : M3(TTCA)2 · 6DMF · 7H2O (TTCA = triphenylenetricarboxylate; M = Zn²⁺, Cd²⁺), Chem. Lett., 35, 1054-1055 (2006). [PDF]

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• 古川博康:
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• 古川博康:
  "人工光合成の夢は実現するか？"「トコトンやさしいナノテクノロジーの本（大泊巌編著）」 (日刊工業新聞社), Chap. 2.6.

• 古川博康, 黒田一幸:
  "テンプレート技術を用いた新機能" 「ナノマテリアルの最新技術」　(シーエムシー), Chap. 3.4.