金属有機構造体（MOF）ってどんな物質？
「穴」をデザインして分子を操る新しい科学
「金属有機構造体（MOF：Metal-Organic Framework）」は、2025年のノーベル化学賞とも深く結びつくキーワードとして、世界中の研究者や企業から注目されています。
その中心人物の一人が、金属有機構造体研究のパイオニアである北川進教授です。
分子でできた「設計可能なスポンジ」
金属有機構造体とは、
金属イオン（あるいは金属クラスター）
と
有機分子（炭素を含む分子）
を、規則正しく「組み木細工」のように組み立ててできた物質です。
よく「分子のレゴブロック」や「分子の骨組み」と表現されますが、最もユニークなのは、その内部に「無数のナノサイズの穴（細孔）があること」です。
この「穴」は、単なるすき間ではなく、
・大きさ
・形
・内側の性質（親水性／疎水性、電荷 など）
を分子レベルで「設計して作ることができる空間」です。
つまり、「どの分子を通し、どの分子を通さないか」を細かくコントロールできる「分子のふるい」として機能します。
どんなことに使えるのか？MOFの代表的な応用
1. 水素をためる「次世代タンク」
水素エネルギーは、CO₂を排出しないクリーンエネルギーとして期待されていますが、「いかに効率よく、安全に貯蔵するか」が大きな課題です。
ここでMOFが活躍します。
MOFの細孔に水素分子が吸着することで、
・高圧にしなくても
・低温にしなくても
比較的温和な条件で、多量の水素を詰め込むことができます。
燃料電池車の車載タンクや、水素ステーション向けの貯蔵材料として、MOFを用いた「高密度水素貯蔵」の研究・開発が進みつつあり、水素社会のインフラを支える鍵物質の一つと見なされています。
2. CO₂だけを選んで“捕まえる”材料
地球温暖化対策として、発電所や工場の排ガスから二酸化炭素を分離・回収する技術（CCUS）が注目されています。
MOFは「特定の分子を選択的に吸着する能力」に優れており、CO₂の分離材としても有望です。
・あるMOFは、CO₂には強く吸着する一方で、窒素や酸素にはあまり反応しない
・その結果、排ガスをMOFに通すと、CO₂だけを“ふるい分ける”ことができる
といった使い方が検討されています。
将来的には、空気から直接CO₂を回収する「DAC（Direct Air Capture）」技術への応用も視野に入っています。
3. 体内で働く「分子宅配ボックス」
医療分野では、MOFを「ドラッグデリバリーシステム（DDS）」として使う研究が進められています。
・細孔の中に薬の分子を収納する
・体内の特定の条件（pH、温度、酵素など）で徐々に薬を放出する
・必要な場所・タイミングで薬を効かせる
といったことが可能になれば、副作用の低減や治療効率の向上が期待できます。
がん治療薬やワクチンの送達への応用なども検討されており、「分子サイズのスマートパッケージ」としてのMOFに注目が集まっています。
なぜノーベル化学賞につながるのか？
金属有機構造体の研究が高く評価される理由は、大きく分けて次の2点です。
1. 分子レベルの「設計自由度」の高さ
・どの金属を使うか
・どんな有機分子を組み合わせるか
・どんな形の「穴」を作るか
といった要素を自在に変えられるため、理論上、ほぼ無限ともいえるバリエーションのMOFを作りうる点が画期的です。
2.応用範囲の広さと社会的インパクト
エネルギー、環境、医療、センサー、触媒、分離膜など、多くの分野で
・従来材料では難しかった機能の実現
・エネルギー効率の向上
・脱炭素社会の実現への貢献
が期待されており、基礎科学と産業応用の両面で新しい道を切り開いています。
北川進教授は、こうしたMOFの「合成法・設計思想・応用の可能性」を世界に先駆けて示し、この分野を国際的な研究フロンティアへと押し上げてきました。
その業績が、ノーベル化学賞と結びつけて語られる理由です。
産業界で広がるMOF活用：ものづくりの“分子プラットフォーム
1. エネルギー産業：水素社会を支える材料として
自動車メーカーや重工業メーカーなどでは、
・燃料電池車向け水素タンク
・発電プラントの水素貯蔵設備
などへのMOF利用が検討されています。
従来の「高圧で押し込むだけ」のタンクから、
「材料に吸着させて蓄える―という新しい発想の貯蔵方式」への転換が進めば、より安全でコンパクトなシステムの実現につながります。
2. 環境・空気清浄：CO₂や有害ガスを選択的にキャッチ
化学メーカーや素材メーカーは、MOFを用いた
・CO₂選択吸着材
・揮発性有機化合物（VOC）除去フィルター
・室内空気浄化用フィルター
の開発を進めています。
MOFは、分子サイズで「何を取り込み、何を通すか」を設計できるため、
・工場排ガスからのCO₂回収
・都市部の大気浄化
・室内の空気質改善
といった、脱炭素や健康・快適性に直結する技術の基盤材料として期待されています。
3. 食品・香料分野：香りや鮮度をコントロール
食品や日用品の分野では、MOFの「分子を閉じ込めて、少しずつ放出する」性質が活かされます。
・香料をMOFに吸着させ、時間をかけて放出させることで、
・香水や柔軟剤の香りを長持ちさせる
・食品パッケージ内で香りをコントロールする
エチレンなど、果物の熟成に関わるガスを吸着・制御することで、
・果物や野菜の鮮度保持
・輸送中の品質劣化の抑制
といった応用が検討されています。
MOFが、食品ロス削減にも貢献しうる材料として注目されている点は、SDGsの観点からも重要です。
教育現場でのMOF：分子世界を“実感”する教材
1. 高校・大学での実験・授業に
金属有機構造体の一部は、比較的低温・低コストで合成できるため、
・高校の理科実験
・大学の化学・材料科学の実習
で扱いやすい教材になっています。
学生が実際にMOFを合成し、
・結晶の色や形を観察する
・ガスや液体を吸着させて性質の変化を調べる
といった体験を通じて、「分子設計」や「機能性材料」という概念を直感的に理解できるようになります。
抽象的になりがちな化学の概念を、目に見える形で学べる点が大きな利点です。
2. STEAM教育で、科学とアートをつなぐ題材に
MOFは、数学的にも美しい対称性や周期構造を持つため、
・3DプリンターでMOFの骨組みを立体モデルとして出力する
・分子模型を使って、空間構造や対称性を学ぶ
・結晶構造をモチーフにしたアート作品を制作する
といった活動を通して、
「Science（科学）・Technology（技術）・Engineering（工学）・Arts（芸術）・Mathematics（数学）」を横断的に学ぶ「STEAM教育」にも適しています。
分子の世界を、視覚・触覚で感じ取れる教材として、次世代の理系人材やクリエイターの育成に役立つことが期待されています。
2025年以降の社会を変える「未来志向の素材」
金属有機構造体（MOF）は、
・ノーベル化学賞級の基礎科学としての価値
・脱炭素・水素社会・医療イノベーションを支える実用材料としての可能性
の両面を兼ね備えた、非常にユニークな物質です。
エネルギー、環境、食、健康、教育
私たちの生活に直結するさまざまな分野で、MOFは「分子の世界から社会課題を解決する」ための強力なツールになりつつあります。
2026年、そしてその先の未来に向けて、
金属有機構造体はまさに「分子レベルから社会をデザインする素材」として、その存在感を増していくでしょう。