VOCの気体分子は固体にどう取り込まれるのか ――分子性結晶の大きさによって相転移・再結晶・潮解という 異なる挙動を示すことを実証――

　水蒸気がシリカゲル表面に吸着する現象や塩化カルシウムに取り込まれて水溶液となる潮解現象は、乾燥剤として利用されている。このように気体分子が固体に吸着し取り込まれる現象は、基礎科学から材料応用までの幅広い分野で重要である。一方、固体が気体分子を取り込んだ後に、相転移、再結晶、潮解へと至る多様な変化を系統的に捉えた例は限られていた。
　東京大学生産技術研究所の石井 和之 教授、兵庫県立大学大学院理学研究科の阿部 正明 教授らによる研究グループは、共焦点レーザー顕微鏡と単結晶X線構造解析を併用して、発光性レニウム(I)錯体の結晶が、VOCの一種であるクロロホルムの蒸気を取り込む様子を微小領域で系統的に追跡した。
　50マイクロメートル（1マイクロメートルは1/1000ミリメートル）以上のレニウム錯体の結晶においては、1万個以上のレニウム錯体分子が協同しながら、固有の軸に沿ってクロロホルム分子を取り込んでいく様子を観測することに成功した。また、クロロホルム分子を取り込む前後の境界領域に中間状態が存在することも明らかとした。さらに、2～10マイクロメートルの結晶の場合、クロロホルム分子を取り込みながら再結晶を起こすこと、2マイクロメートル以下の結晶の場合、クロロホルム分子を取り込んで液体へと変化する有機潮解現象が起こることを実証した。このような結晶の大きさに依存した現象は、結晶の体積に対する表面積の比率で説明された。
　これらの研究成果は、「気体分子が固体にどのように取り込まれていくのか」という根本的な問いに重要な知見を与えるだけでなく、VOCのセンシング材料の開発に貢献すると考えられる。