新しい結合形成戦略による高機能三次元多孔性材料の創製 ― アニオン性有機染料を高効率で除去可能なイミダゾール結合型COF ―

2026年1月30日 11:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇多元物质科学研究所　教授　根岸雄一
多元物質科学研究所　講師　Das Saikat

Press release in English

【発表のポイント】

これまで必要とされてきた复雑な多成分反応（デブス-ラジシェフスキー反応）^（注１）を用いず、二种类の分子のみを组み合わせる手法により、イミダゾール结合の形成に成功しました。
化学的安定性と分极性に优れたイミダゾール结合を叁次元の高连结ネットワークへ导入し、イミダゾール结合を有する高连结叁次元共有结合性有机构造体（颁翱贵）^（注２）の合成に世界で初めて成功しました。
得られた颁翱贵（罢鲍-123）が中性条件下でカチオン性を示す特性を活かし、アニオン性染料を选択的かつ高容量で吸着できることを明らかにしました。

【概要】

工业排水や染色工程から排出される有机染料^（注３）は、水环境に深刻な影响を及ぼす汚染物质の一つであり、その効率的かつ持続可能な除去技术の确立が强く求められています。特に、化学的に安定で、选択的に有害物质を除去できる多孔性材料の开発は、环境浄化分野における重要な研究课题です。

东北大学多元物质科学研究所の根岸雄一教授、Das Saikat 講師らの研究グループは、分子を共有結合によって三次元的に連結した共有結合性有機構造体（COF）に着目し、従来とは異なる結合形成戦略を用いることで、新規三次元多孔性材料「TU-123」を開発しました。これまでイミダゾール結合を有するCOFの多くは、複数の反応成分を必要とする合成法に依存しており、構造設計の自由度や三次元化には制約がありましたが、本研究ではアルデヒドとアミンの二成分のみを用いる環化縮合反応を採用することで、これらの課題を克服しました。

得られたTU-123は、水溶液中の中性条件において表面が正に帯電する特性を示し、負に帯電したアニオン性有機染料を静電的に引き寄せます。実際に、代表的なアニオン性染料であるアシッドオレンジ7に対して、高い吸着容量（495.07 mg g?¹）と除去効率（86.08%）を示すことが确认されました。

これらの成果は、高连结叁次元颁翱贵の构造设计に新たな指针を与えるとともに、环境浄化材料としての颁翱贵の応用可能性を大きく広げるものであり、持続可能な排水処理技术の実现に贡献することが期待されます。

本研究成果は、2026年1月23日公開の学術誌Journal of the American Chemical Society に掲載されました。

図1. イミダゾール結合型高連結三次元COF TU-123を用いた、アニオン性染料分子吸着の概念図。TU-123は中性条件下で表面が正に帯電する（カチオン性）ため、アシッドオレンジ7などの負に帯電する（アニオン性）染料分子を静電相互作用により引き寄せます

【用语解説】

注1. デブス-ラジシェフスキー（Debus-Radziszewski）反応
アルデヒド、ジカルボニル化合物、アミン、アンモニアなど复数の反応成分を同时に用いてイミダゾール环を形成する古典的な多成分反応である。一般に反応设计が复雑になりやすく、生成物の构造制御や高次元ネットワークへの応用には制约がある。

注2. 共有結合性有機構造体（COF: Covalent Organic Framework）
颁翱贵は、有机分子同士が强固な共有结合によって周期的に连结された结晶性多孔材料で、规则正しい细孔构造、高い比表面积、设计自由度の高さが特徴。分子设计により官能基や配位部位を精密に配置できるため、触媒、分离、エネルギー贮蔵など多様な机能材料として注目されている。本研究では、复雑な构造のモノマーを用いて叁次元高连结颁翱贵を构筑しつつ、イミダゾール结合を构造内に含有させることで、染料分子吸着の最适化を実现した。

注3. 有機染料
有机染料とは、炭素骨格を持つ有机化合物からなる着色物质の総称であり、発色団（光を吸収して色を生み出す部分）と助色団（その色を强めたり性质を调整したりする部分）を有して可视光を选択的に吸収する。繊维、纸、皮革の染色をはじめ、インク、颜料、分析试薬などに広く利用されている。水溶性?疎水性やカチオン性?アニオン性など多様な性质を示し、环境中での吸着や分解挙动が研究対象となる。

【论文情报】

タイトル： Beyond the Multicomponent Debus-Radziszewski Route: Two-Component Cyclocondensation Constructing a 12+3-Connected aea Topology Three-Dimensional Imidazole-Linked COF for Sustainable Wastewater Treatment
著者：入江司?、佐々木康貴?、野崎未佳?、川脇徳久?、Das Saikat*?、根岸雄一*?（1. 东北大学多元物质科学研究所）
*責任著者：東北大学多元物質科学研究所教授　根岸雄一
東北大学多元物質科学研究所講師　Das Saikat
掲載誌：Journal of the American Chemical Society
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