日本化学会

炭酸イオン含有配位高分子によるCO₂固定・放出

CO₂ Fixation and Release via Carbonate-based Coordination Polymers

二酸化炭素（CO₂）を温和な条件で固定・放出する技術の開発は，カーボンニュートラル社会実現の鍵を握る^1）。金属炭酸塩は，高いCO₂含有率を示し，可逆的な固定・放出が可能である。一方で，CO₂放出には400℃以上の高温を必要とする。これは炭酸イオン（CO₃^2－）が強固なイオン結合によって固体中に固定されているためである。
この課題を解決するために，筆者らはCO₃^2－を固定する手法として配位結合に着目した。配位結合は金属イオンと配位子の組み合わせによって結合エネルギーを幅広く調節できる。特に配位高分子（Coordination Polymer，以下CP）は，配位環境を自在に設計できることから，CO₃^2－を固定する場として有望である^2）。金属イオンと有機分子を共存させることで，常温・常圧下でCO₂をCO₃^2－へと変換し，CO₃^2－含有CPとして固定した。得られたCPは170～230℃でCO₂を放出し，その放出温度と金属イオンの電気陰性度やCO₃^2－の配位数の相関関係を明らかにした。CO₂放出に伴いCPは分子性単核錯体へと構造変換し，液相でのCO₂固定によって元のCPへ戻った（図1）^3）。
このように，CPをCO₃^2－の反応性を制御する場として活用することで，従来の金属炭酸塩よりも低温でのCO₂放出を実現した。今後，配位環境の設計によってより温和な条件でCO₂固定・放出を実現できる材料の開発が期待される。

図1　炭酸イオン含有配位高分子を介したCO₂固定・放出

1） M. Zanatta, ACS Mater. Au 2023, 3, 576.
2） K. Kadota et al., Acc. Chem. Res. 2024, 57, 3206.
3） K. Kadota et al., J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 30022.

門田健太郎 　京都大学大学院理学研究科