2025年10月8日、京都大学特別教授の北川進氏（当時74歳）がノーベル化学賞に選ばれました[1]。同賞の受賞理由は「MOF（金属有機構造体、別名：多孔性配位高分子）の開発」です[2]。MOFとは、一言でいうと「無数の小さな穴が空いた新しい素材」のこと。北川氏は「穴だらけの素材」を生み出し、それが世界的な評価を受けたのです。
「穴だらけ」の新素材MOFとは？
MOF（Metal-Organic Framework、金属有機構造体）とは、金属のイオン（図の青い部分）と有機分子（炭素を含む分子、図の灰色部分）を組み合わせて作られる、ジャングルジムのような骨組み構造を持つ素材です[2][3]。構造の中にはナノメートルサイズ（1ナノメートル=1億分の1メートル）の規則的な細孔（さいこう）、つまり極めて小さな穴が無数に存在します[4]。この穴こそがMOF最大の特徴で、「多孔性材料」と呼ばれるゆえんです。
従来から多孔性材料としては、活性炭やゼオライトなどが知られています。消臭剤や浄水器などで使われる活性炭も小さな孔を持つ素材ですが、MOFはそれらとは一線を画す革命的な特徴を持ちます。それは、孔の大きさや性質を自由に設計できる点です[5][6]。金属イオンの種類や有機分子の構造を変えることで、狙ったサイズの穴や特定の分子だけが入りやすい穴を作り出すことができます[7]。理論上の組み合わせは無限大で、実際に既に数万種類ものMOFが合成されています。また驚くべきことに、金属イオンを含む溶液と有機分子を含む溶液を混ぜるだけで、自動的にこの網目構造が自己組立ちする例もあります[3]。つまり、特殊な条件がなくても「穴だらけの骨組み構造」ができあがるのです。
たった1グラムのMOFでサッカーコート一面分（数千平方メートル）にもなる表面を持つものもあります[8]。表面積が広いほど、多くの分子をその表面や孔の中に捉えることができるため、MOFは非常に効率よく物質を蓄えたり分離したりできる素材なのです[9]。
北川氏のノーベル賞受賞理由：何が評価されたのか
北川進氏が評価された最大の功績は、この新しい多孔性材料MOFを世界に先駆けて創り出し、その有用性を示したことです。北川氏は1990年代から金属と有機分子のハイブリッド材料の研究に取り組み、1997年に京都大学で現在「MOF」あるいは「PCP（多孔性配位高分子）」と呼ばれる新型素材を発表しました[10]。この素材はナノレベルで細孔のサイズや構造を制御でき、従来になかった規則正しい「ナノ空間」を持つものです[10][11]。
特に画期的だったのは、その細孔にガスを大量に取り込める（蓄える）ことを世界で初めて証明した点でした[4]。北川氏は1997年当時、わずかな量のMOFに水素やメタンなどの小さなガス分子が大量に吸着される現象を実験で示し、「穴だらけの構造にはこんなにガスを蓄えられる可能性がある！」と明らかにしたのです[4]。この発見は大きな反響を呼び、水素エネルギーや天然ガスの貯蔵といった分野で世界中の研究者が競ってMOFの研究に乗り出すきっかけとなりました[4]。
受賞理由にもなった「MOFの開発」とは、単に素材を合成しただけでなく、その概念と応用の可能性を切り拓いたことを指します。北川氏はMOFについて「無数の穴がある構造物には様々な面白い用途が考えられる」と当初から着目し、新素材の有用性を積極的に提唱しました[2][12]。例えば、「特定のガスだけを選んで吸着できる穴」や「ガス分子を通しながら化学反応を起こせる穴」など、従来の材料にはない機能を持つ素材としてMOFを発展させてきたのです[7]。これによりMOFは持続可能なエネルギー利用や環境問題の解決にも役立つ新素材として注目され、北川氏自身もエネルギー・環境・生命科学など幅広い分野への応用可能性を示して新領域を開拓しました[13]。ノーベル委員会も「MOFは計り知れない可能性を秘め、新たな機能を持つカスタムメイド素材をもたらした」と評価しており[14]、基礎科学の発展と未来への貢献度が高く評価されたと言えます。
社会や産業への影響：MOFの応用例と将来への期待
では、この「穴だらけ素材」MOFは具体的にどのように社会や産業に貢献するのでしょうか？現在までに報告されているMOFの応用例をいくつか紹介します。
エネルギー・環境分野
MOFは水素や二酸化炭素（CO₂）といったガスを大量に蓄えることができるため、クリーンエネルギーの貯蔵や温室効果ガスの回収への応用が期待されています[4][15]。実際、あるMOFは自分の重量の数十倍ものCO₂を吸着でき、排ガスからCO₂を捕まえて閉じ込めたり、あるいは後述のように別の物質に変換したりする研究が進んでいます。また、水素を高密度に貯めて運べるMOFタンクが開発されれば、燃料電池車などの燃料供給技術に革新をもたらす可能性があります。
安全なガス輸送
アメリカの企業はMOFを詰めたボンベ（シリンダー）を開発しました。これにより、半導体製造で使われるような有害な特殊ガスを低い圧力でも従来より多く詰み込んで運ぶことが可能になり、高圧ガスの輸送をより安全・効率的に行うことに成功しています[16]。
食料・医薬品保存
イギリスの企業では、果物を運搬する際にMOFを活用する試みがあります。果物はエチレンというガスを放出して熟れすぎ（劣化）の原因になりますが、MOFに別のガスを蓄えておきエチレンより先に果物に作用させることで、果物から出るエチレンを吸着・無力化して鮮度を保つ技術が実用化されています[17]。このように、MOFを使えば食品や医薬品の保存期間延長にも役立つ可能性があります。
素材・化学産業への応用
防災・安全分野
腐食性のガスや有毒ガスの管理にもMOFが役立ちます。日本のある企業はタンク内部の塗料にMOFを混ぜ込み、タンク内で発生する腐食性ガスをMOFが先に吸着してしまうことで容器のサビや劣化を防ぐコーティングを製品化しています[20]。また、MOFは有毒ガスの貯蔵にも利用できるため、化学プラントでのガス漏れ対策や、防毒マスク・空気清浄機の高性能フィルターなどへの応用も考えられています[15]。
現在、MOFはまだ大量生産が難しくコストが高いという課題もあります[21]。しかし研究開発が進み需要が増えれば、生産技術の改良とともに価格も下がり、より広く普及していくと期待されています[21]。実際、少しずつ市場にMOFを使った製品が登場し始めており[22]、今後さらなる社会実装が進むでしょう。
ノーベル賞選考委員長も「MOFは砂漠の空気から水を採取したり、二酸化炭素を捕捉したり、有毒ガスを貯蔵したり、化学反応を触媒したりするために利用できる」と述べています[23]。この言葉通り、MOFはこれまで不可能だったことを可能にしうる未来素材なのです。地球環境問題の解決や持続可能な社会の実現に向けて、MOF研究には世界的な期待が寄せられています。
北川進氏の人物像と研究人生
北川進特別教授は京都市出身で、幼少期から化学に興味を抱いていました。本人曰く「化学者はエタノールとメタノールの違いを理解できるから」というユニークな理由で研究者を志したそうです[24]（エタノールとメタノールは分子構造が似ていますが、片や飲用可能なお酒の成分、片や有毒な液体で、この違いに魅力を感じたとのこと）。京都大学で博士号を取得後、無機化学の道を進み、金属錯体化学の分野で数々の業績を上げてきました。1990年代には新素材PCP/MOFの着想を得て、「配位空間化学」とも呼ばれる未踏の研究領域を切り拓きます。その後も京都大学アイセムス（物質–細胞統合システム拠点）の拠点長を務めるなど、一貫して新しい物質化学の可能性を追求してきました。
研究に向き合う真摯さと同時に、北川氏は人柄も魅力的だと言われます。趣味は推理小説を読むことや歌舞伎鑑賞で、「架空の世界で探偵になれるから」「歌舞伎は人間の本質を表すから」と語る遊び心も持ち合わせています[25]。研究室では穏やかながらも好奇心旺盛な人柄で若手を指導し、失敗を恐れず新しいアイデアに挑戦する精神を大事にしてきました。まさに探偵が難事件を解き明かすように、科学の未知なる「穴」の可能性を信じて探究し続けた研究人生だったのでしょう。
北川氏が生み出したMOFというナノ空間素材は、「世界環境、資源、宇宙、生命、エネルギーなど様々な分野に応用でき、これからの科学と産業において非常に重要になる」と本人も強調しています[26]。この言葉の通り、北川氏の発見した「無数の穴」を持つ素材は、21世紀の課題解決に向けた鍵の一つとなりました。難解な化学の世界から生まれたMOFですが、その根底にあるアイデアはとてもシンプルです。「小さな穴」が未来を変える――北川進氏の研究は、それを証明してみせたのです。
参考文献
https://www.icems.kyoto-u.ac.jp/news/6320/
https://techcrunchjapan.com/2021/12/03/atomis-pcp/
https://aisyousetu.com/entry/nobel-chemistry-2025-kitagawa-mof-kyoto?utm_source=feed
https://www.mitsui-kinzoku.co.jp/mlab/column/detail01/
https://www.cnn.co.jp/world/35238989.html
https://www.icems.kyoto-u.ac.jp/people/883/
