金属ー有機構造体（Metal-organic framework, MOF）は金属イオンと配位子から得られるネットワーク状の結晶材料です。その構造に基づき、多孔性、伝導性、磁性、光物性など様々な機能が示されてきました。

これらは過去20年にわたり、専ら結晶相がその研究対象でした。我々は金属ー有機構造体を液体やガラスにできることを見つけ（例：J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 864）、このランダムな相に基づく物性や機能発現に取り組んでいます。

金属と分子が連結して組み上がる液体やガラスは、よく知られるセラミックス／高分子／金属、どれとも異なる基礎物性を示します。それらが示す動的特性や透明性により、高速イオン伝導や、光による相転移のスイッチングが可能であり、イオニクス／オプティカル技術の素子として働きます。

Metal-organic frameworks (MOFs) are networked crystalline structures constructed from metal ions and bridging ligands. Based on their structures, MOFs have been shown to have various functions such as porosity, conductivity, magnetism, and photophysical properties. For the past 20 years, crystalline phases have been the main target of our research. We have found that MOFs can be made into liquids and glasses (e.g., J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 864) and are working on the properties and functions based on these random/disordered phases.

These metal-organic networked liquids and glasses exhibit fundamental properties different from those of ceramics, polymers, and metals. The molecular dynamics and transparency enable high ionic conduction and switching of phase transitions by light, and they are promising materials platforms in ionics/optical technology.

固体中でイオン伝導を示す物質は、様々なエネルギー分野や環境分野への応用が期待されます。プロトン（H⁺）やリチウムイオン（Li⁺）を伝導する物質は、燃料電池や二次電池などの性能を決定づける材料として働きます。我々は金属イオンと分子がナノスケールで交互に配列した「配位高分子」と呼ばれる物質を用い、新たなイオン伝導体の合成と応用を行っています（例：J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 8505.）。

配位高分子は固体でありながら、内部で配列した分子があたかも液体のような高い運動性を持つものが存在します。その協同的な動きを利用して、バケツリレーのような仕組みで様々なイオン伝導を発現します。さらに、配位高分子イオン伝導体を用いた電池を作成し、どのような性能がでるのか追求することで、エネルギー創出を担う新材料を作り出します。

Solid-state materials that exhibit ionic conduction are expected to find applications in a variety of energy and environmental fields. Materials that conduct protons (H+) and lithium ions (Li+) are the key for the performance of fuel cells and secondary batteries for example. We have synthesized and applied new proton conductors using compounds called "coordination polymers", in which metal ions and bridging ligands are arranged alternately on the nanoscale (e.g., J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 8505.).

Although coordination polymers are the dense solids, some of their molecules inside the structures have high mobility as if they were liquids. We will design various ionic conductors using their cooperative motion. Furthermore, we will create fuel cell/battery using them and investigate their performance in order to create new materials for energy generation.

増加を続ける地球上の二酸化炭素：CO₂は、地球温暖化や海洋酸性化など環境問題の原因です。一方で、CO₂は地球上に普遍的に豊富に存在する資源でもあります。CO₂を有用な燃料や材料に変換することは化学者の大きな課題です。

我々は様々な有機分子とCO₂を反応させ、得られる有機配位子を直接金属イオンと反応させることで、一度に金属ー有機構造体（Metal-organic framework, MOF）を合成しています。アミンなどの有機分子と金属イオンを組み合わせ、常温・常圧のCO₂を様々なMOFへ変換します。材料の構造は放射光Ｘ線回折測定・固体核磁気共鳴分光法（NMR）・理論計算などを利用して解析します。得られるMOFはその構造の重さあたり30%以上がCO₂から出来上がっており、さらにその内部の細孔にCO₂を充填すると、材料１グラムにおいてCO₂が0.7グラム含有された、高濃縮状態を示します。空気中に存在する低濃度（0.04%）のCO₂にもこの方法は有用であり、アミン・金属イオンと反応させることで、室温、常圧で空気から直接MOFを作ることも可能です。CO₂貯留や再利用の観点においてユニークな特徴を持つことから、様々な条件のCO₂から多彩なハイブリッド材料を合成する化学を進めています。

Increasing carbon dioxide on Earth: CO₂ is a cause of environmental problems such as global warming and ocean acidification. On the other hand, CO₂ is also a resource that is universally abundant on the earth. Converting CO₂ into useful fuels and materials is a major challenge for chemists.

We synthesize a metal-organic framework (MOF) at a time by reacting various organic molecules with CO₂ and directly reacting the obtained organic ligand with a metal ion. By combining organic molecules such as amines and metal ions, CO₂ at normal temperature and pressure is converted into various MOFs. The structure of the material is analyzed using synchrotron radiation X-ray diffraction measurement, solid-state nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR), theoretical calculation, etc. The obtained MOF is made up of more than 30% of the weight of its structure from CO₂, and when the pores inside it are filled with CO₂, it shows a highly concentrated state in which 0.7 g of CO₂ is contained in 1 gram of the material. This method is also useful for low-concentration (0.04%) CO₂ present in the air, and it is also possible to make MOF directly from the air at room temperature and normal pressure by reacting with amines and metal ions. Since it has unique characteristics from the viewpoint of CO₂ storage and reuse, we are advancing the chemistry of synthesizing various hybrid materials from CO₂ under various conditions.