蓄電池デバイスの評価法の開発

蓄電池はスマート・グリッド社会における分散電源の促進にとって核となる重要技術です。電池の性能・安全性向上には、電池を駆動させた状態で電池の特性を“分析”することが必要となります。本研究室では，電池の発電特性および電極構造や電気化学反応速度などについて、詳細な情報を得る事が可能な電気化学インピーダンス法を用いた解析法の確立を目指しています。

腐食防食技術の開発

インフラストラクチャ－、電子機器等の腐食メカニズムを解明することで、防食技術の確立を行います。

生体機能を応用したデバイスの開発

微生物・細胞・酵素を用いたバイオセンサー・バイオ燃料電池の開発・ 評価を行っています。電気化学エネルギーを駆動力とした無機ナノ モーターの開発を行っています。

学問分野としては固体物理化学・電気化学および無機化学に属しており、リチウムイオン電池に用いられている正極材料、次世代革新的電池材料、固体酸化物形燃料電池に使われているイオン伝導性酸化物、ICカードなどに応用されている不揮発性メモリー用強誘電体やインクジェット技術に適用されている圧電体、高温超伝導酸化物等について、基礎から応用まで幅広く研究しています。特に基礎面では、中性子や放射光X線を用いた結晶化学的解析と電子顕微鏡による微細構造観察（ミクロな視点）に重点を置いて研究しており、熱力学測定（マクロな視点）や計算 科学を応用した解析（理論的な視点）と組み合わせることで、高機能酸化物の設計と優れたデバイスの実現を目指しています。

セラミックスとは、金属陽イオンと酸化物イオンなどの陰イオンが主としてイオン結合している固体を指し、結晶構造（イオンの配列様式）と構成イオンに起因して様々な性質を示します。例えば、バリウムと鉄の酸化物は鉄に起因した磁性を持ち、フェライト磁石として実用化されています。また、バリウムとチタンの酸化物はコンデンサとして利用されています。新たな材料研究において、元素などの組み合わせから性質の変化を追う必要があります。しかし、考えられる組み合わせは無限であり、効率的な材料探索技術が求められます。この材料探索技術と膨大な蓄積データに基づく性質予測を融合したインフォマティクス研究の構築を目指しています。

光化学的に酸（または塩基）を発生する化合物と、酸（または塩基）の作用で分解する(高)分子を組み合わせると、さまざまな光反応性材料を創製することができます。これらの材料は身の回りの電化製品等の製造に利用されており、エレクトロニクス産業に欠くことのできないものです。本研究室では、これらの材料に必要な光開始剤や反応性（高）分子の合成とその機能評価を行っています。さらに、当グループでは、酸（または塩基）触媒の増殖反応を世界で初めて開発しています。この増殖反応を上記の光反応性材料と組み合わせることで、光反応性材料の超高感度化にも成功しており、この新規な光機能材料は国内外から注目されています。

コンタクトレンズと水性塗料の共通点は何でしょう？これらは有機高分子と無機高分子が複合した有機－無機ハイブリッドなのです。プラスチックスに代表される有機材料は一般に柔らかく、熱に弱い性質があります。また、ガラスや陶器のような無機材料は固くて脆い性質があります。これらを単純に混ぜることはできませんが、それぞれの特徴を備えた原料を設計して高分子化合物を合成すれば、分子レベルで有機材料と無機材料を組み合わせた有機－無機ハイブリッドが生成します。このような材料を正しく評価するためには有機化学と無機化学の両面からアプローチすることが重要で、無機化学と有機化学の境界を化学することにより達成されます。

私たちの身の回りの製品（化学物質）は、有機合成化学の反応（力）で創られたものが数多く存在します。我々の研究室では、「新しい発想に基づいた効率的な有機合成反応を分子設計する」を合言葉に、典型金属あるいは遷移金属の化学的特性を新しい発想に基づいて活用することで、これまでに例のない有機分子変換法や、官能基を効率的に導入する分子修飾法を創り出すことを研究しています。特に、新たな分子活性を駆動する有機金属触媒の創出や複数の反応基質を一挙に連結する多成分カップリング反応の開発、さらに、分子間あるいは分子内環化反応を駆使し、生理活性物質や天然物あるいは新機能を発現する高付加価値有機分子の基本骨格を、選択的かつ効率的に創り出す新しい有機合成反応の開発を目指しています。

携帯電話のディスプレイやフレキシブルな薄型テレビとして用いられている有機ELに代表される『有機半導体デバイス』は、私たちの日常生活を 一変させるような応用可能性を秘めています。有機デバイス全般に共通しているのは、ファンデルワールス力によって緩く結合した分子の間での電 子のやりとりが、素子全体としての電子機能性の源となっていることです。より高機能なデバイスを開発するためには、こうした有機分子固体がど のように構築され、その内部を電子がどのように渡り歩いているのか、正確なところを理解することが不可欠です。当研究室では、有機半導体材料 の結晶構造・分子軌道・電子バンドの実測を通して、有機デバイス内部での分子の振舞いや電子の動きを探究しています。

身の回りのものから工業製品に至る全ての物質（もの）には、必ず界面（表面）が存在します。当研究室は界面の性質を理解しそれを能動的に制御することで、低環境負荷あるいは高機能な材料の開発に貢献したいと考えています。具体的には、①新規両親媒性物質（界面活性剤）の開発と機能性評価、②微粒子分散系（エマルション・サスペンション）の調製と物性評価、③界面化学に立脚した機能的な無機材料の創製などを進めています。界面の性質は、物質の大きさをナノメートル次元まで小さくしていくことで、より顕著に現れるようになります。当研究室では透過型電子顕微鏡や原子間力顕微鏡を用いることで、界面を「観る」ことにも力を注いでいます。

私たちは、ナノテクノロジー（nano-）、生体模倣化学（bio-）、電気化学（electro-）などを駆使して高機能な材料・デバイスの創製について取り組んでいます。例えば、生体内で特異的な機能を示すヘムタンパク質のモデルである金属ポルフィリン類を合成し、抗がん剤、抗酸化剤、活性酸素種センサーなどへの応用を展開しています[図は抗がん剤の効果的な送達ができるドラッグデリバリーシステム（DDS）です]。さらに、ダイヤモンドの機能材料応用に関する研究にも取り組んでおり、ナノ構造制御、表面化学修飾などの技術を開発し、電気化学センサー、エネルギーデバイス、グリーン触媒、二酸化炭素還元などへの応用に取り組んでいます。

宇宙空間の99%以上はプラズマでできています。太陽もプラズマです。プラズマは固体、液体、気体に続く第四の状態で、イオンと電子が自由に動き回る高いエネルギー状態にあります。身近なところではロウソクの炎や雷などもプラズマです。本研究室では、低圧、大気圧、液中での低温プラズマを研究し、特に液体の中で発生するプラズマを理解し、コントロールすることで、先端化学におけるプロセスへの利用や新規材料の合成に役立てています。これらプロセスと材料によって持続可能な循環型社会の実現を目指します。そして、地上での利活用だけではなく、宇宙（月面）でも使える技術にすることにも取り組んでいます。学科内の研究室や学内外の大学などの研究機関、または企業との共同研究を通して、SDGsの達成に貢献します。