作为研究者的“准备好的心”，从无用的金属离子中产生了MOF (北川进/京都大学高等研究院特别教授)
12月8日 15:06发布
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10月8日发表的今年的诺贝尔化学奖是Metal-Organic Frameworks(MOF/金属有机结构体)的发展做出了贡献，罗布森教授(澳大利亚墨尔本大学)、山羊教授(美国加利福尼亚大学)和我获得了奖项。 MOF是一种多孔材料，也称为Porous Coordination Polymer(PCP/多孔配位高分子)。 将金属离子和有机分子在溶液中混合的话，根据事先给出的“把这个和这个结合起来”的信息，结构体就会自动完成。
会场的塔大厅船堀(东京都江户川区)约有260人，在线约有1500人听讲
今天以“MOF化学的开拓和展开——集合空间·动性的准备了的心的步伐——”为题，分为3部分来讲述。 第一，稍微看看“我们的世界”。 第二个是我的专业“创造纳米空间的化学”。 第三，稍微提到对社会的贡献。
人类要控制气体
回顾历史，在18世纪中期到19世纪的工业革命中，使用煤炭作为能源，到20世纪变成石油。 那么，说到21世纪，我认为是气体。
氧气、二氧化碳、氮气、水蒸气等气体关系到环境、资源、能源以及我们的生命，是非常重要的东西。 很好地取出这种气体，制成化学原料、肥料、燃料、食物、医药品、日用品。 如果这实现了，会非常棒。 因为地下资源有限，所以我们认为需要以无处不在的空气这样的东西为资源的科学技术。
然而，操作气体是非常困难的。 技术在进步，但尽管如此，人类还是无法控制气体。 气体正在高速扩散，看不见。 还有寿命短的、毒性的。 需要对它们进行判别，这种时候多孔性材料会有帮助。
12月8日 15:06发布
多孔材料的历史。 活性炭和沸石很久以前就开始使用了(演讲时的幻灯片)
多孔材料是指带有许多小孔的材料。 可以分离混合的气体，储存起来，转化成其他物质。 但是，为了高效率的分离和大容量的储存，以往的多孔性材料还不完善，需要新的材料。
关键词是“集合”、“空间”、“动态性”
那么，作为我科学背景的三个概念，这很重要。 被称为近代细菌学鼻祖的巴斯德说:“幸运只寄宿在准备好的心里( Chance favors the prepared mind.)”。 对我来说，“准备好的心”是Assembly (集合)、Space (空间)、Dynamicity (动态性)三个关键词。
首先，在本科生的时候，从玻尔兹曼原理中理解了集合的重要性，得到了“结构·功能来自要素的集合”的观点。 接下来，我成为研究生，学习数控资源/核磁共振( NMR )，对自旋动力学和非平衡感兴趣。
在精神上，高中时代的哲学课上，作为自然科学起源的希腊哲学让我非常印象深刻。 赫拉克勒特说:“你不能两次踏足同一条河( no one ever steps in the same river twice.)” 说万物都是流动的。
京都大学出版了10位诺奖获奖者。 创立以来的“自由学风”中，北川一直学习和研究物理化学和有机化学(演讲时的幻灯片)
另外，我的思考根源是，汤川秀树在老师的著作中，特别是在《续天才的世界》中写道庄子我对他的“无用之事”产生了兴趣。 庄子说:“人皆知有用之用，而不知无用之用也。” 也就是说没用的事其实也有用。
创造比足球场大的纳米空间
所谓多孔性材料，就是在什么都没有的地方加上隔板，制造出看起来毫无用处的空间——也是这样的化学。
例如清水寺的舞台，用139棵榉树一颗钉子也不用就做得很棒。 那么，像分子一样的纳米尺度的情况又如何呢？ 能和没有使用钉子的清水舞台一样，在三维中展开吗？ 实际上，在纳米尺度上也有会成为磁铁的东西。 正电荷的金属离子和负电荷的有机分子粘在一起的“配位键”。
北川开发的新型多孔材料在1微米的晶体上有100万个孔(演讲时的幻灯片)
将金属离子和有机分子配位结合，就会得到具有非常大空间的多孔性材料。 比较每克的微孔表面积，活性炭大概是足球场的一半，沸石大概是篮球场，我们的MOF大概是整个足球场或者比足球场大。
偶然的发现是向多孔性材料的转折点
我以进入近畿大学工作为契机，认识了络合物化学，继续了研究。 这个络合物化学是从一价铜开始的，但是一价铜是无色的，没有磁性，被认为是“无用的金属离子”。 但是，这才是“无用之用”，发现球形的一价铜适合无限网络的结晶。
原本是想制作没有孔的致密结构的材料。 但是，在结构分析的过程中，偶然发现了洞里有阴离子(负电荷的离子)和丙酮这两种有机分子。 从这里开始，我们将转向与具有纳米细孔的网络结构，也就是多孔性材料相关的研究。
放弃了一价铜，继续用钴二价进行研究，得到了我们称为第二代的多孔材料。 它的结合不强，但是不破坏，具有稳定的结构。 经常有人说:“明明有活性炭和沸石，还特意需要新材料吗？” 但是，赋予了各种活性炭和沸石没有的功能。 储存和分离自不必说，还有配送、高分子合成、催化剂、离子传导、磁性传感等。
继续进一步的研究，成功地制作了Mo-Mo四键单元。 这是明明是固体却在工作，也就是说结构会由于物理的刺激而发生变化。 与以往的材料不同，它具有柔软的结构，在室温和常压下可以进行物质的出入。 这第三代多孔材料的“集合”、“空间”、“动态性”全部实现了。
应用潜力和新挑战
最后，我想谈谈MOF未来的用途。
12月8日 15:06发布
世界上已经考虑了各种各样的用途。 例如，除了从沙漠空气中提取水之外，我认为可以应用于电容器(蓄电器)、热交换器、涂层、生物医学、传感器、空调、食品包装、抗菌剂等各个领域。 今后，希望不仅是学术界，还能让更多的人了解MOF。 从那里应该会出现更多的各种各样的展开，对此，我们会再挑战下去。
个人资料
北川进京都大学高等研究院特别教授，1951年生于京都市。 1979年毕业于京都大学研究生院工学研究科博士课程石油化学专业，工学博士。 专业是络合物化学。 曾任近畿大学、东京都立大学，2007年就职于京都大学物质细胞综合系统据点。 从17年开始担任现职。 20年起任京都大学高等教育院副院长。 从24年开始担任京都大学理事(研究推进担当)副校长。
一条亚纪枝/科学作家