2025年ノーベル化学賞
(nobelprize.org)- Susumu Kitagawa, Richard Robson, Omar M. Yaghiが**金属有機構造体（MOF）**の開発により2025年ノーベル化学賞を受賞
- MOFは**大きな空洞（cavity）**を持つ分子建築物であり、水分子の貯蔵、炭素回収、水素貯蔵、汚染物質の除去など多様な活用可能性を持つ
- 革新的なMOFの初期設計と実用化を通じて、数万種類に及ぶカスタム化学材料の開発が可能になった
- 既存材料と異なり、MOFは柔軟性、多様な分子の組み合わせ、高機能性などにおいて独自の利点を持つ
- MOFは研究と産業分野で新たな化学ソリューションを提示し、21世紀の中核素材として台頭している
新しい化学の空間を創り出す：2025年ノーベル化学賞
概要
- 2025年ノーベル化学賞はSusumu Kitagawa, Richard Robson, Omar M. Yaghiに授与された
- 3氏は**金属有機構造体（MOF, Metal–Organic Frameworks）**という革新的な分子構造体を開発した
- MOFは内部に非常に大きな空洞（cavity）を含む建築物で、さまざまな分子が出入りできる
- これにより、砂漠の大気からの水抽出、汚染物質の除去、二酸化炭素回収、水素貯蔵など多様な革新的応用が実現している
MOF誕生の背景と発想
木製分子モデルから始まった発想（Richard Robson）
- 1974年、Richard Robsonは学生教育のために木製の分子モデルを作る中で、原子の結合様式から着想を得た
- 炭素のように4方向へ結合する金属イオン（copper ion）と、4本の腕を持つ有機分子を組み合わせるアイデアを考案した
- その結果、内部に非常に大きな空洞を持つ整然とした分子結晶を初めて作り上げた
- 1989年にこの革新的構造を発表し、新しい材料設計手法を予見した
実験と未来志向の提案
- Robsonはさまざまなイオンと分子を融合して空洞構造体を作り、実際に内部イオン交換が可能であることを実験的に示した
- この構造体は、選択的化学反応の触媒など新概念の化学材料へ拡張できる可能性を示した
- 当時この構造体は不安定だったが、未来志向の発想によって後続の研究者たちにインスピレーションを与えた
KitagawaとYaghiの独立した開拓
Kitagawa: 「無用の用」
- Susumu Kitagawaは**「無用の用」という原則のもと、当初は特別な用途のない多孔性分子構造体**を開発した
- 1992年に銅イオンベースの2次元構造体を発表した後、1997年には耐久性がありガス貯蔵が可能な3次元MOFを実現した
- 従来のzeoliteと比べて、MOFは素材の柔軟性、構成分子の多様性といった固有の強みを持つ
- 1998年、MOFの柔軟性という概念を提案し、学界に新たなパラダイムを提示した
Yaghi: 原子レベル設計への執念
- Omar Yaghiは困難な環境で育ち、分子構造に強い好奇心を抱いた
- 1992年、Arizona State Universityで合理的な分子設計を試み、金属イオンと有機分子を組み合わせた2次元MOFを発表した
- 1995年に“metal–organic framework”という用語を初めて提案し、本格的にMOF分野を牽引した
- 1999年、代表的材料であるMOF-5を開発し、わずか2〜3gでサッカー場サイズの内部表面積を提供する革新性を実証した
- 2002〜2003年には、さまざまな空洞サイズのMOFを有利に設計できることを証明した
MOFの応用と波及力
多方面にわたる革新的活用
- MOFは分子レベルでカスタム設計が可能で、吸水、ガス貯蔵、薬物送達、有毒ガス回収、汚染物質の分解など数十種類の高機能応用が可能である
- Yaghiグループは砂漠の大気から水を抽出するなど、実質的な活用可能性を実証した
- UiO-67, MIL-101, ZIF-8, CALF-20, NU-1501などのMOF材料は、水素／二酸化炭素貯蔵、PFAS除去、希土類抽出などの産業現場で実験的に適用されている
21世紀の未来素材への期待
- MOFは現在、小規模研究および試作生産の段階にあるが、量産と商用化が本格的に進められている
- 電子産業の有害ガス保管、炭素回収、水素貯蔵など、気候・環境問題の解決策としても注目されている
- 多くの研究者は、MOFが21世紀を代表する新素材になると見ている
主な受賞者の略歴
- Susumu Kitagawa: 1951年日本・京都生まれ、京都大学博士、京都大学教授
- Richard Robson: 1937年英国生まれ、オックスフォード大学博士、メルボルン大学教授
- Omar M. Yaghi: 1965年ヨルダン・アンマン生まれ、イリノイ大学博士、UC Berkeley教授
追加情報
- より詳しい科学的背景と資料はwww.nobelprize.orgで提供されている
- 受賞関連の映像、講演、展示情報はNobel Prize Museum公式サイトで確認できる
金属有機構造体の開発により2025年ノーベル化学賞を受賞
Susumu Kitagawa, Richard Robson, Omar M. Yaghi
“for the development of metal–organic frameworks”
© The Royal Swedish Academy of Sciences
1件のコメント
Hacker Newsの意見
受賞者たちに祝意を表する、本当に受賞に値する業績だと述べている 簡単に言うと、スポンジのような多孔質材料は反応速度を高め、分子（水、CO2、汚染物質など）を捕捉・放出するのに有用で、表面積が大きいほど価値が高い 以前は主にゼオライト（天然および合成アルミノケイ酸塩鉱物）が使われていたが、合成ゼオライトはほとんど試行錯誤で作られていた MOF(Metal-Organic Framework)は事前設計が可能で、表面積がゼオライトよりはるかに大きい（ゼオライトは通常 20-400 m2/グラム、MOFは 1000-7000+ m2/グラム） まだMOFは高価なので当面はゼオライトを使うしかないが、今ではAmazonでもMOFを購入できるほど入手しやすくなっており、今後は簡単なMOFの価格は下がるだろうと期待している
「アハ！」の瞬間に関する話が、自分にアイデアを物理的に扱ってみようというひらめきを与えてくれた 木の球を返してもらい、分子モデルを作ってみたところ、穴の位置に情報が隠れていることに気づいた 自動的に正しい形と構造ができあがり、原子の性質を活用して新しい分子構造を設計するというアイデアにつながった
<Surely You Must Be Joking, Mr. Feynman>で、Richard Feynmanがアイデアに行き詰まったとき、食堂で皿が回転する様子を眺めながら考え、数学的関係を研究するようになった逸話を思い出した そのとき計算した数学自体には特別な目的はなかったが、後にノーベル賞を受けるうえで決定的な役割を果たした 遊びの力を決して過小評価してはならないというメッセージを伝えている
こうした材料は、実際には巨大な内部表面積を持つ現実版のMengerスポンジのようなものだ 15年前、脱硫触媒（原油中の硫黄成分を除去して燃料が悪臭を放たないようにする触媒）の会社でインターンをしていたとき、扱いやすい空気安定型MOFをいくつか作ってみた 触媒表面で流体と触媒の反応が起こるため、表面積が大きいほど反応速度と効果が高まる 論文をなぞってMOFを再現してみたが、内部表面積が本当にとてつもなく大きく、会社の人たち全員が衝撃を受けたのを覚えている ただ実験をなぞって表面積を測っただけなのに最高評価をもらえたので、MOFを作ったYaghiと研究チームに感謝しており、今でもよい思い出として残っている
こういうものを実験するのはよいが、実際の産業で使うとなると特許やライセンスの問題で高い使用料を心配しなければならないのではないかと疑問を呈している
「巨大な内部表面積を持つ現実版のMengerスポンジ」という表現に対して、自分もいつもそこにいたと言わんばかりに機知に富んだ反応をしている
MOFはこの10年間、化学界で「ホット」なテーマだったので、受賞もそれほど驚きではない、受賞者たちに祝意を表する
説明が本当によく書けていてよかったが、いくつか惜しい点がある ‘metal–organic’でハイフンではなく en dash を使っていた点と、“the ions and molecules inherent attraction…”で所有格のアポストロフィが抜けていた点が気になった
2つ目のアポストロフィ欠落は単なる誤字だが、1つ目は en dash の使用が非常に正しく見栄えもよい ウィキペディアの例のように en dash は関係性を表すときに使われ、記事とツイートで一貫して en dash が使われているのが印象的だ en dash 関連のWikipedia参考
スウェーデン人なら英語のアポストロフィの扱いに慣れていないので、英語で文章を書くときにミスしやすく、その逆もまた同じだ
今ではハイフン、en dash、em dash の違いを知っている人はほとんどおらず、インターネット環境でフォントや文字セットが変わることでエラーも増える タイプライター時代のように '-' でハイフンと en dash、' -- ' で em dash を区別する慣習は定着しなかった Microsoft Word の影響も大きい アポストロフィの誤字には弁解の余地がないと指摘している
Kitagawa教授の <takumigokoro>(匠心、匠の心) について、参照されている道家の『荘子』の話にはもう少し説明が必要だ 大工の魯班が複雑だが有用な構造物を巧みに作るが、有用性ばかりを追い求めた結果、最終的に望んでいた不死を得られなかったという伝説を語る 荘子は魯班が「無用の用」を理解できなかったと考えるが、実際には魯班は職人たちから神として崇められるようになった
有機化学で材料を設計する最もクールなやり方は、自分だけの小さなレゴブロックを設計し、それらがひとりでに非常に大きな構造へと組み上がるようにすることだ
もし期待どおりに実用化されれば、MOFの応用分野は本当にすごいものになるだろう
砂漠でも空気から水を得られるなら大きな変化だ、空気が乾燥しすぎないか少し気になるが管理は可能だろう
CO2を地下に貯蔵して温室効果ガス問題を解決できるし、すでに天然ガス産業にはガス回収技術がある 大気中から純粋なCO2だけを回収する方法さえ見つかればよく、MOFがそれを実現する最良の技術になることを期待している
大気中から純粋なCO2を回収するのに必要な資源は想像以上に莫大になるだろうと指摘している
空気から水を取り出す技術が、より優れた除湿機につながるのかと質問している
記事で使われている単位がわかりにくい たとえば「数グラムのMOF-5がサッカー場ほどの面積を持つ」というような話だが、グラムは質量の単位でサッカー場は2次元の面積なのに、両者がどう関係するのかわからない MOF-5が何グラムかあれば、1気圧でサッカー場ほどの空間を満たせるくらいの気体を入れられるという意味かとも思ったが、少し読み込みすぎな気がする
これは内部表面積の話だ。たとえば、スイスチーズ 10g の中の穴の表面積がどれくらいかを計算するのに近い
サッカー場サイズの非常に薄い毛布をくしゃくしゃに丸めて、ごく小さな球にしたところを想像すると理解しやすい