化学：ジアミンを付加した金属有機構造体におけるCO₂の協同的挿入反応

大気中の温室効果ガス蓄積を緩和する方法として、炭素を捕捉し隔離する過程が提案されてきた。こうした過程が実施されれば、排ガス流からCO₂を除去する費用が掛かるため、化石燃料燃焼型発電所の発電コストがかなり上昇すると考えられる。従って、先進的な固体吸着剤によって実現し得るガス分離技術など、より効率の高いガス分離技術が緊急に必要とされている。今回我々は、ジアミンを付加した金属有機構造体が「相変化」吸着剤としてふるまう可能性があることを示す。この材料は、温度とともにCO₂吸着量が大きく変化する独特なステップ形状のCO₂吸着等温線を示す。分光法、回折法、およびコンピューター計算による研究の結果、この急峻な吸着ステップは、前例を見ない協同的過程が原因であって、この過程では、金属に依存するしきい値圧力を超えるとCO₂分子が金属–アミン結合に挿入されることによってアミンの再組織化が起こり、規則正しい鎖状カルバミン酸アンモニウムが形成されることが分かった。従って、小さな温度変化で高いCO₂分離能が得られる可能性があり、最先端のアミン水溶液で達成可能な再生エネルギーよりかなり低い再生エネルギーの実現が可能になる。今回の結果から、さまざまなガス混合物からCO₂を除去する高効率吸着剤を設計するための機構的枠組みとともに、リブロース-1,5-ビスリン酸カルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ酵素ファミリー内のMg²⁺の保存に関する知見が得られる。

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