北海道大學研究生院綜合化學院的研究生加藤將貴和島田敏宏教授與東邦大學理學部化學科的柳瀨隆講師等人組成的研究團隊，利用名爲交互蒸鍍法的新蒸鍍聚合法，成功製作了以奈米水平控制厚度的共價有機框架（COF）薄膜。
用製作的自支撐型COF膜（左） 分離CO2和N2的示意圖（右）。（供圖：北海道大學研究生院工學研究院島田敏宏教授）
COF膜利用交替蒸鍍裝置邊即時監測前驅體TAPB（1,3,5-三-（4胺基苯基）苯）和NTCDA（1,4,5,8-萘四甲酸二酐）的蒸鍍量邊製作。透過以埃水平控制一次蒸鍍的前驅體厚度，並將TAPB和NTCDA交替蒸鍍25～100次，製作了厚度爲100～200奈米的COF膜。另外，還透過熱處理徹底進行了醯亞胺鍵形成反應，由此形成了牢固的網絡式結構。此外，透過以水溶性氯化鉀爲基底層製作COF膜，然後用水進行處理，還剝離COF膜，獲得了自支撐膜。
新開發的交替蒸鍍法模式圖（供圖：北海道大學研究生院工學研究院 島田敏宏教授）
研究團隊利用這種方式製作的自支撐型COF膜評估了CO2和N2的透過性及選擇性。結果顯示，CO2的透過量爲N2的4倍以上，應答具有高選擇性，可以有效分離CO2。透過量子化學計算研究其機制發現，CO2會與醯亞胺鍵的羰基發生強烈的相輔作用，由此選擇性地透過微孔。
直接觀察的COF的細結構（左）和電腦模擬結果（右）。（供圖：北海道大學研究生院工學研究院 島田敏宏教授）
島田教授表示：「具有分子級微孔的COF膜有望應用於氣體分離、觸媒和電池的電極材料等工業技術，但很難由原料直接製成薄膜。此次得以透過交替蒸鍍兩種不同的原料使其聚合的新方法成爲可能。COF膜具有耐蝕性和高機械強度，因此可以長期反復使用。將來打算透過進一步提高結構規則性和改良原料的分子設計等，精確控制COF膜的孔徑和化學性質，以便能自由提供符合不同用途的功能和性能。」
【詞注】
■共價有機框架（COF）：2005年新發現的有機材料，擁有小於1米的1億分之1的微細網狀結構。
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
