北海道大学研究生院综合化学院的研究生加藤将贵和岛田敏宏教授与东邦大学理学部化学科的柳濑隆讲师等人组成的研究团队，利用名为交互蒸镀法的新蒸镀聚合法，成功制作了以纳米水平控制厚度的共价有机框架（COF）薄膜。
用制作的自支撑型COF膜（左） 分离CO2和N2的示意图（右）。（供图：北海道大学研究生院工学研究院岛田敏宏教授）
COF膜利用交替蒸镀装置边实时监测前驱体TAPB（1,3,5-三-（4氨基苯基）苯）和NTCDA（1,4,5,8-萘四甲酸二酐）的蒸镀量边制作。通过以埃水平控制一次蒸镀的前驱体厚度，并将TAPB和NTCDA交替蒸镀25～100次，制作了厚度为100～200纳米的COF膜。另外，还通过热处理彻底进行了酰亚胺键形成反应，由此形成了牢固的网络结构。此外，通过以水溶性氯化钾为基板制作COF膜，然后用水进行处理，还剥离COF膜，获得了自支撑膜。
新开发的交替蒸镀法模式图（供图：北海道大学研究生院工学研究院 岛田敏宏教授）
研究团队利用这种方式制作的自支撑型COF膜评估了CO2和N2的透过性及选择性。结果显示，CO2的透过量为N2的4倍以上，确认具有高选择性，可以有效分离CO2。通过量子化学计算研究其机理发现，CO2会与酰亚胺键的羰基发生强烈的相互作用，由此选择性地通过微孔。
直接观察的COF的微细结构（左）和计算机模拟结果（右）。（供图：北海道大学研究生院工学研究院 岛田敏宏教授）
岛田教授表示：“具有分子级微孔的COF膜有望应用于气体分离、催化剂和电池的电极材料等工业技术，但很难由原料直接制成薄膜。此次得以通过交替蒸镀两种不同的原料使其聚合的新方法成为可能。COF膜具有耐腐蚀性和高机械强度，因此可以长期反复使用。将来打算通过进一步提高结构规则性和改良原料的分子设计等，精确控制COF膜的孔径和化学性质，以便能自由提供符合不同用途的功能和性能。”
【词注】
■共价有机框架（COF）：2005年新发现的有机材料，拥有小于1米的1亿分之1的微细网状结构。
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
