我々は無機化学や超分子化学を基盤とし、金属と分子からなる構造体のガラス・液体・結晶といった様々な相の開拓と物性、機能発現に取り組んでいます。

無数の金属と分子を様々な化学結合で自己集合させることにより、多彩な分子性骨格構造をつくることができます。配位結合でつなぎ合わせたネットワークは金属－有機構造体（Metal-organic framework, MOF）とも呼ばれ、多孔性材料として実用化に至っています。これら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特性を示します。原子・分子スケールで構造を制御するとともに、手に取るサイズのガラスや液体といった物質のマクロな形まで対象とすることにより、これら「不規則な」相に内在する構造秩序の制御と機能発現に挑戦しています。具体的な研究テーマの例は以下に挙げられます。

• 金属－分子構造体ガラスによるプロトンおよびリチウムイオン伝導体の創出

• 光によるガラス－結晶スイッチングとメモリ素子への展開

• 透明伝導性を示すガラスの合成とセンシング機能

• 金属－分子ネットワーク性液体によるガス分子の分離と輸送

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重要な課題です。我々は金属－分子構造体の化学に基づき、CO2を有用な化合物や材料に変換する研究を行っています。以下に例を挙げます。

• アミンなどの有機分子と金属イオンが混ざった溶液に、常温・常圧のCO2を吹き付けることで、瞬時に金属－有機構造体：MOFを合成できることを見出しています。この手法を用いると、空気からMOFを始めとした固体材料を合成することも可能です。また構造体の構築と分解をサイクルとすることで、空気中の微量のCO2を濃縮・高純度化する技術を開発しています。

• 金属－分子構造体ガラスに触媒分子を組み込み、CO2を化成品原料である一酸化炭素やギ酸に変換するハイブリッド触媒を開発しています。特に高分子やセラミックスでは難しい中温領域、低加湿で利用可能なプロトン伝導ガラス膜を用いてCO2を電解還元することで、化成品原料を製造します。また電気化学の力を併用し、電極においてCO2を高速かつ多量に貯蔵・放出するデバイスの開発も行っています。