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化学：高密度にカテナン化された骨格を持つ弾性金属有機結晶
Nature 598, 7880 doi: 10.1038/s41586-021-03880-x
1970年代にポリカテナンやポリロタキサンが初めて報告されてから、連結した骨格からなる材料ではどのような固有の機械的特性が予想され得るのかが、材料科学における長年の関心事となってきた。今回我々は、経糸状構造と緯糸状構造がカテナン化によってのみ連結されているという点で例外的な、三次元多孔性金属有機結晶を報告する。この多孔性結晶は正方格子からなり、ゲスト分子の放出、取り込み、交換によって、さらには低温領域であっても温度変化によって、形状が動的に変化する。我々は、結晶のa/b軸方向に押し込み試験を行い、N,N-ジメチルホルムアミド中で1.77 ± 0.16 GPa、テトラヒドロフラン中で1.63 ± 0.13 GPaのヤング率を得た。これらの値は、これまで多孔性金属有機結晶について報告されたものの中で最も低い。意外なことに、静水圧縮の結果、この弾性多孔性結晶がc軸方向に最も変形しやすいことが示され、0.88 GPaまで圧縮すると構造劣化なしに5％の収縮が起こった。0.46 GPaで得た結晶構造では、収縮すると、カテナン化したマクロサイクルが並進移動することが示された。我々は、今回の機械的に連結した分子に基づく設計が、エキゾチックな機械的特性を持つ多孔性材料の開発の出発点になると予想する。例えば、高いゲスト取り込み能力と高いゲスト放出能力の両方を実現する本質的難題に対処し得る圧搾可能な多孔性結晶が開発されつつある。
