Research

　触媒は水素の製造や利用、カーボンリサイクル、環境浄化など様々な用途で必須の材料です。わたしたちは、実験科学と連携し、高度計算化学やマテリアルズ・インフォマティクスなどを駆使してサイバー空間で高活性な触媒を探索し創製してくための研究に取り組んでいます。

• 水素のキャリアとなるアンモニア合成触媒

• 都市環境の向上に必須となる自動車排ガス浄化触媒

• カーボンニュートラル・カーボンリサイクル実現の鍵となるCOやCO2からの有価物合成触媒

• 再生可能エネルギーからの水素製造に必要となる水の電解触媒

研究プロジェクト

　科学研究費補助金　基盤研究（B）、特別推進研究

　環境省地域資源循環を通じた脱炭素化に向けた革新的触媒技術の開発・実証事業

　科学技術振興機構戦略的創造研究推進事業ACCEL（終了）、CREST（元素戦略、終了）

　科学研究費補助金　特別研究員奨励費（終了）

　電気化学界面は、蓄電池、キャパシタ、水電解など様々な技術の鍵となっており、その高度化が世界中で取り組まれています。私たちは合成科学・計測科学と協働し、複雑な界面現象を解明し、高機能化に向けた指導原理を獲得を通じて高機能界面を創製します。

• 高容量・高出力の次世代蓄電池における固液界面

• 秒速充電を可能とするキャパシタにおける固液界面

研究プロジェクト

　科学技術振興機構戦略的創造研究推進事業CREST（自在配列システム）

　科学技術振興機構先端的低炭素化技術開発ALCA（終了）

　科学技術振興機構戦略的創造研究推進事業CREST（相界面、終了）

　科学研究費補助金　特別研究員奨励費×2（終了）、若手研究（A）（終了）

　従来、合金は2元素や3元素からなるものがほとんどで、かつ相互に混ざりあうもの同士の組み合わせがほとんどでした。近年、京都大学・北川宏教授らは元素間融合の概念に基づき、バルクでは混ざりあわない元素同士をナノ粒子で混ぜ合わせる技術を開発し、世界の合金研究のフロンティアを開拓しています。5元素、6元素、8元素などと多くの元素を混ぜ合わせた成果が公表され、多元素からなる合金で従来には得られない機能の創出が期待されています。

　一方、金属元素を60種類とした時、2種類を組み合わせる組み合わせは約2000通りですが、5元素の組み合わせ方は数百万通りとなり、組成も含めると無限とも言える材料探索空間から最適な材料を選定する必要があります。このような組み合わせ爆発の前には人海戦術は無力であり、サイバー空間の中で材料をスクリーニングするデジタル技術の確立が必須です。わたしたちは、並列化第一原理計算、機械学習、統計科学、データ科学を融合することで、この問題に挑戦し、新物質・新材料の創出に取り組んでいます。

研究プロジェクト

　科学研究費補助金　基盤研究（B）、特別推進研究

　環境省　地域資源循環を通じた脱炭素化に向けた革新的触媒技術の開発・実証事業

　科学技術振興機構戦略的創造研究推進事業CREST（自在配列システム）

　戦略的イノベーション創造プログラム (SIP) 第3期課題「マテリアル事業化イノベーション・育成エコシステムの構築」

　科学技術振興機構戦略的創造研究推進事業ACCEL（終了）、CREST（元素戦略、終了）

　わたしたちは、データ駆動の時代に対応して、下記のような手法を活用して取り組んでいます

• 並列化第一原理計算：スーパーコンピュータを活用し、数百原子、数千原子の電子状態を明らかにします

• 汎用ニューラルネットワークポテンシャル：Preferred Computational Chemistry社が開発したMatlantisを活用し、高速な現象理解・材料スクリーニングを行っています

• マルチカノニカルモンテカルロ法：Wang-Landauサンプリングに基づき、多元素ナノ合金やハイエントロピー化合物を構成する有限温度下における安定な元素配置を導出します

• 各種機械学習やマテリアルズ・インフォマティクスの手法：Pythonライブラリなどを活用し、さまざまな回帰・分類、自然言語処理などに取り組んでいます

　わたしたちは、データ駆動の時代に対応して、下記のような理念で人材育成にも取り組んでいます

1. 情報科学・データ科学の専門家ではなく、工学・化学・材料科学などの分野の専門家だがデジタル技術の非専門家を対象

2. 30代・40代などの教員・研究員を主たる対象（学生の人材育成をする人材が必要、データ駆動研究を指導・評価するリテラシーが必要）

3. PythonやRを用いずに着手

4. 来たる「AIディバイド」への備え（かつてデジタルネイティブと旧来型人材との間の「デジタルディバイド」と同様に、これからAIネイティブが主流に）

5. 飛躍よりも継続を重視