液体の中にナノ空間を創る

摘要

分子と分子の間には、様々な分子間力が働く。極性の分子間には静電的な相互作用が働き、非極性の分子間であっても分散力などの相互作用が働く。分子サイズの微小な空間(ナノ空間)に分子が入り込むと、その分子は、空間を構成している分子の壁との間に分子間相互作用が生じる。ナノ空間中では、分子を包み込むように上下左右から分子間力を受けることになる。蒸気圧を持つ「におい分子」が、多孔性の活性炭やゼオライトなどに吸着する現象は、このような原理を用いて、ナノ空間内出安定化されることによる。ナノ空間が分子を集める場として利用可能であることから、分子集積場、配向場、反応場としての応用展開が期待できる。活性炭やゼオライトは、ナノ空間の形状や官能基をオンデマンドに設計することが難しい。それに対し、有機分子と金属錯体から構成されるMetal-Organic Framework(MOF)は、ナノ空間に任意の官能基を導入すること、ナノ空間のサイズや形状を予め設計できることなどから、新しいナノ空間として多くの研究者の注目を集めている。一方、固体中のナノ空間に対し、液体中にナノ空間を形成することは難しい。液体は流動性があるため、気体との間の高い表面エネルギーを解消するために、表面積を下げる。つまり、液体中に形成した空間は、平衡状態では消失する。しかし、何らかの方法で、液体の中にナノ空間を作ることができれば、流動性のある柔らかいナノ空間として、内部に取り込hだゲスト分子を任意の方向に配向させたり(流動配向)、熱による相転移を利用してゲスト分子の吸脱着を自在に制御したり、ナノ空間内に柔らかい反応場を構築することなど、さまざまな応用展開が期待できる。