2025年ノーベル化学賞：分子空間の設計者たち

2025年10月8日、スウェーデン王立科学アカデミーは、化学賞を3名の研究者、北川進氏、リチャード・ロブソン氏、オマー・M・ヤギー氏に授与することを発表しました。この栄誉は、金属有機構造体（MOF）の先駆的な開発に対するものであり、分子建築学における新たな分野の幕開けを象徴するものです。この画期的な成果は、特異な物理化学的特性を持つ多孔質構造材料の合成と設計に新たな地平を切り開きました。

授与される賞金1100万スウェーデン・クローナは、受賞者三名間で均等に分配されます。

このブレークスルーの本質は、金属イオンが結節点となり、長い有機分子によって連結された多孔質の結晶構造を構築することにあります。その結果、ガスやその他の化学物質が自由に移動できる巨大な内部空隙を持つ材料が生まれます。これらの構造体は、本質的に、意図的に設計された広大な空間を持つ分子スケールの建造物と言えます。このような分子レベルでの材料特性の制御が可能になったことで、科学技術の多岐にわたる分野で計り知れない価値を持つことになりました。ノーベル化学委員会委員長であるハイナー・リンケ氏は、その構造を「ハリー・ポッターのハーマイオニーが持つような、外見は小さいが内部は非常に広大なハンドバッグ」に例えました。

この発見に至る道のりは段階的でした。メルボルン大学のリチャード・ロブソン氏は、1989年に銅イオンを有機分子と結合させ、広大ながらも不安定な結晶を創出し、概念的な基礎を築きました。その後、2003年にかけて、京都大学の北川進氏はMOFの柔軟性とガス透過性を示し、その実用的な可能性を大幅に拡大しました。

さらに、カリフォルニア大学バークレー校のオマー・M・ヤギー氏は、極めて安定した構造を開発し、これらの構造体のモジュラー的アプローチを記述するために「レチキュラー・ケミストリー（網目状化学）」という用語を導入することで、この分野を確固たるものにしました。特にヤギー氏は1999年に、最高300°Cの温度に耐えうる超高多孔性材料であるMOF-5を実証し、これは主要な基盤技術となりました。彼らの共同研究により、化学者たちは数万種類にも及ぶ多様なMOFを設計する道が開かれました。

MOFの潜在能力は計り知れず、アルフレッド・ノーベルが人類に最大の利益をもたらすという遺言に完全に合致しています。これらの材料はすでに、砂漠の空気からの水分回収、気候変動対策として極めて重要な二酸化炭素の回収、PFASを含む汚染物質からの水浄化、さらには薬物送達システムとしての生物医学分野で応用されています。

加えて、MOFは化学反応の触媒作用、水素の貯蔵と輸送、有毒物質を検出するためのセンサー開発にも成功裏に利用されています。ガス貯蔵分野は市場で優位を占めており、2025年には約40%を占めており、水素貯蔵を含むエネルギー安全保障におけるその役割を浮き彫りにしています。

金属有機構造体の市場は急速な成長を示しており、2024年には約5億1000万米ドルであった市場規模は、2030年までに年平均成長率22.1%で17億米ドルに達すると予測されています。現在、その汎用性の高さから、亜鉛をベースとしたMOFが2025年には市場の約27.8%を占めています。この成長は、環境技術への需要の高まりと、MOFの新たな産業用途の開拓によって牽引されています。

ロブソン教授は、最高の栄誉を受けながらも、発表の翌日にはさっそく学部一年生の講義に戻り、基礎研究と次世代への知識伝達の切っても切れない関係性を改めて示しました。材料科学におけるこれらの功績は、化学者やエンジニアに、所望の特性を持つ材料を事前に設計するための新たな展望をもたらしました。この三名の研究者の協調的な努力は、化学の進歩を促しただけでなく、次世代の研究者たちに学際的なイノベーションへの意欲を与えています。