透明性が高く高品質のMOF膜を作製 センサー応用に期待：大阪公立大の研究グループ

大阪公立大学の研究グループは、金属有機構造体（MOF）結晶の向きを揃え規則正しく並べることで、高品質な薄膜を作製することに成功した。高い透明性が求められるセンサーや光学素子、ガス吸着シートなどへの応用が期待される。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

結晶の形状を制御し、結晶の向きを揃え結晶間の隙間をなくす

　大阪公立大学大学院工学研究科の小関友香大学院生（博士前期課程2年）や岡田健司准教授、深津亜里紗助教、高橋雅英教授らによる研究グループは2024年7月、金属有機構造体（MOF）結晶の向きを揃え規則正しく並べることで、高品質な薄膜を作製することに成功したと発表した。高い透明性が求められるセンサーや光学素子、ガス吸着シートなどへの応用が期待される。

　MOFは、多数の小さい穴（ミクロ細孔）がある結晶構造の物質で、その穴には分子やナノ材料を収納できる。ただ、MOF材料を高機能化するには単結晶にする必要がある。しかし、結晶サイズを大きくすることは極めて難しかったという。

　研究グループは、金属水酸化物における表面水酸基の規則性に着目した。そして、MOFをエピタキシャル成長させ、大面積でMOF結晶を配向させた薄膜を実現してきた。ただ、結晶と結晶の間には隙間があり、光が膜表面で散乱し半透明の膜となっていた。

　そこで今回は、MOFのエピタキシャル成長技術をベースに、成長過程で結晶の形状を制御した。実験では添加剤（モジュレーター）を合成溶液に入れて、合成を行った。モジュレーターを反応溶液に入れることで、銅イオンとカルボン酸の結合形成速度を相対的に遅らせた。これにより、特定方向の優先成長を抑制した。この結果、結晶と結晶の間に生じる隙間が結晶成長とともに消失し、膜表面で生じる光の散乱を大幅に抑制できたという。

左は従来手法で合成したMOF膜、右は開発した手法で合成したMOF膜の一例［クリックで拡大］ 出所：大阪公立大学

MOFの模式図［クリックで拡大］ 出所：大阪公立大学