日本研究人員等開發的新材料正要掌握脫碳的關鍵。開有無數微細小孔的金屬有機框架（MOF）1克的表面積有一個足球場那麼大，可以儲存目標物質。雖然在保持水果新鮮度及製造半導體等方面已達到實用化，而其真正的應用領域是環保領域。全球正在研究將其用於回收二氧化碳及儲存脫碳燃料氫氣。

MOF 含碳有機分子和鋅、銅等金屬原子連線在一起，形成網格狀或蜂窩狀結構的物質。也被稱為多孔配位聚合物（PCP）。利用只需將有機分子和金屬混合在一起，分子就會自然聚集的“自組裝”現象組合而成。

具有可容納1～數個分子的空隙，可以包封特定的物質。只要改變金屬和有機分子的組合，就能調節孔洞的大小和性質，實現可包封目標物質的設計。

8月，來自美國西北大學的初創企業NuMat Technologies宣佈，將在“開發高效驟減碳排放的分離技術”上與住友化學合作。住友化學關注的是NuMat Technologies公司所擁有的設計MOF材料的技術。

MOF是內部開有無數微細小孔的多孔性材料的一種。也有的MOF 1克的表面積在7000平方米以上，相當於1個足球場。

在現有多孔性材料中，有用於冰箱除臭劑的活性炭及在工廠用於吸附有害物質等的沸石，而MOF的表面積更大，可以高效儲存大量物質。除了物質的儲藏和分離外，還可以作為促進分子化學反應的“場地”使用。

充分利用MOF特點的產品已實現實用化。在全球走在前列的是來自英國貝爾法斯特女王大學的初創企業“MOF Technologies”（北愛爾蘭）。該公司2016年9月宣佈，推出保持水果新鮮度的MOF。在MOF中裝入抑制水果自己釋放、促進成熟的乙烯作用的物質，在銷售前防止水果腐爛。

2016年10月，NuMat Technologies也宣佈推出用來安全保管和運輸有毒氣體的MOF產品。可以在低於常壓下安全儲存製造半導體制造不可或缺的有毒砷化合物及磷化合物等。

美國NuMat Technologies公司的MOF

大型醫藥和化學企業德國默克相關企業已在國際上供應MOF，大型半導體廠商也在使用。原來要想在小容器中大量儲存氣體，需要加壓到高壓，但有洩露風險。使用MOF，在低壓下也可以安全儲存及運輸大量氣體。

NuMat Technologies公司也擁有利用MOF去除氣體等所含的微細雜質的技術。該公司表示“首先瞄準半導體、生命科學及防衛市場，中期在化學、能源領域將有很大機會”。

在日本國內，日本氟工業株式會社（Nippon Fusso）2020年12月在保護化工廠使用的金屬儲存罐表面的塗布環節實現了MOF的實用化。源自京都大學的初創企業Atomis提供了採用京都大學特聘教授北川進的技術的材料。

積極涉足的不僅是初創企業。德國化學大型企業巴斯夫（BASF）自2004年啟動研究，一直開發用於氣體分離和儲藏、水吸收等的多種MOF。

具備根據客戶用途加工粉末狀MOF、或塗布於其他物質表面的技術。巴斯夫日本公司的經理池尻文彥表示，“MOF的潛力巨大。希望儘早推進商用化”。將以“Basolite”的產品名，向能源、汽車和電子等廣泛行業推廣。

德國巴斯夫具有將MOF加工為各種形狀的技術（圖由該公司提供）

作為主要應用領域，研究積極推進的是應對氣候變暖等環保領域。澳大利亞聯邦科學與工業研究組織（CSIRO）2020年10月在論文中表示製造出試驗裝置，能利用MOF廉價實現直接回收大氣中濃度僅為0.04％的二氧化碳的“直接空氣捕獲（DAC）”。將MOF加熱至攝氏80度，即可回收微量的二氧化碳。

在實驗中，重複吸附和回收濃度70～80％的二氧化碳達到500次以上，效能並未下降。每天能回收6公斤二氧化碳。回收1公斤所需的能源為1.6千瓦時，降至世界最低水平，成本也控制在每噸35～350美元。

“直接空氣捕獲（DAC）”現在的主流是在鹼性溶液中捕捉大氣中的二氧化碳之後，加熱至約900度後進行回收的方式等。作為熱源，需要地熱等的高溫，設定場所受到制約。如果是採用MOF的方式，能利用工廠和垃圾焚燒設施的廢熱熱源，可以在更多地點設定。

日本的國立研究開發法人日本科學技術振興機構的低碳社會戰略中心2021年3月釋出的報告顯示，要推動“直接空氣捕獲（DAC）”普及，需要將回收每噸二氧化碳的成本降至2萬～3.5萬日元以下。利用現有方式，成本高的情況達到約12萬日元，如果使用MOF，有望降至3分之1以下。

各國政府也在推動研究。美國能源部向美國西北大學資助330萬美元，正在扶持採用MOF的“直接空氣捕獲（DAC）”的實現。

預計MOF的用途將會擴大。立教大學和日本曹達正在開發可用於分離二氧化碳和儲存氫氣的MOF。2021年春季，NuMat公司與大型宇航企業美國霍尼韋爾和西北大學一同與美國國防高階研究計劃局（DARPA）簽署了利用MOF捕獲空氣中的水分來製作飲用水的軍用便攜裝置的開發合同。如果將來量產後價格降低，將有望對發展中國家的飲用水供應作出貢獻。

日本研究人員引領MOF研究

MOF是備受關注的研究領域，甚至被稱為諾貝爾化學獎的有力候選。在日本研究人員中，作出重大貢獻的是東京大學著名教授藤田誠和京都大學特別教授北川進。

1990年藤田誠在美國學術雜誌上發表了一篇論文，稱把金屬鈀和直線狀有機分子混合後，可以自然形成正方形分子。當時，金屬和有機分子的研究並不盛行，這篇論文並未馬上受到關注。後來，藤田又接連發表了製作正四面體和正八面體等的成果。以此表明，如果利用金屬和有機分子的自組裝現象，就能輕鬆製作出各種形狀的分子，這讓全世界的研究人員感到吃驚。

提出MOF應用可能性的是北川進和美國加州大學伯克利分校的奧馬爾·亞基（Omar Yaghi）教授。1997年，北川釋出了多孔性MOF，這種MOF使用金屬和有機分子，打開了無數個微孔，可捕獲比活性炭多幾倍的分子。亞基成功製造出在氣體中也十分穩定、便於使用的MOF，促進了工業方面的應用。亞基與藤田誠2018年獲得了被視為諾貝爾獎龍門的以色列沃爾夫化學獎。

今後MOF將全面用於工業用途。中國調查公司恆州博智（QY Research）的資料顯示，2019年全球市場規模為1.49億美元，2026年將擴大至5.6倍，達到8.38億美元。日本需要發揮研究人員實力雄厚的優勢以及材料行業的優勢，實現東山再起。