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多様な原子で切り拓く、機能性新ナノ材料の創出
多様な原子で切り拓く、機能性新ナノ材料の創出
Pioneering Functional Nano-Materials Through Atomic Diversity
Pioneering Functional Nano-Materials Through Atomic Diversity
ナノ粒子とは粒径が0.000000001(10⁻⁹：ナノ) m 程度の粒子であり、肉眼では見えない原子の集合体で身の回りにある大きな物質（バルク）とは異なる特殊な性質を示すことがあります。我々は金属や酸化物などのナノサイズの無機物質を対象に、特に原子からボトムアップで粒子を構築することのできる化学的合成手法を基軸とした新規ナノ物質開発とその応用に関する研究を行っています。
Nanoparticles are particles with diameters around 0.000000001 (10⁻⁹: nano) meters, assemblies of atoms invisible to the naked eye, exhibiting unique properties distinct from bulk materials found in our surroundings. We specialize in the chemical synthesis of nano-sized inorganic substances such as metals and oxides, focusing particularly on bottom-up particle construction from atoms for the development and application of novel nanomaterials.
何がおもしろいの？ 元素周期表にはこれまでに発見されてきた元素が多数並んでいますが、それぞれ異なる性質を有し、三次元的な原子の配列様式（結晶構造）や他の原子との相溶性は決まっています。しかし様々な方法で原子の配列を精密に制御して、教科書で学べる枠から外れた物質をつくれるとしたら、未だ見ぬ新物質探索の可能性は格段に広がります。我々は例えば、同じ元素をつかってどうやって異なる結晶構造にするの？違う結晶構造だったらどのように性質は変わるの？10種類の異なる元素を混ぜたりできるの？混ぜたらどうなるの？といった教科書には書いていない疑問や知的好奇心を駆動力にこれまで多数の新規ナノ物質とその合成方法を開発してきました。しかし、新しい物質をつくればつくるほど新しい疑問が湧いてくるため、目に見えない程小さなナノの世界には膨大な材料化学としての可能性が拡がっています。
What's fascinating? The periodic table lists numerous discovered elements, each with distinct properties, crystal structures (three-dimensional arrangements of atoms), and solubility with other elements. However, precise control of atomic arrangements in nanoparticles through various methods opens avenues for substances beyond textbook examples, vastly expanding possibilities for exploring new materials. Questions like “How can we change crystal structures using the same element?”, “How do properties change with different structures?”, “Can we mix ten different elements?”, and “What happens when we mix them?” drive our research in creating numerous novel nanomaterials and their synthesis methods.
何をやっているの？ 我々はこのようなナノ物質をつくるために、化学的手法を基盤とした合成方法の開発（具体的にはビーカーやフラスコを使っての合成実験や工業的にも展開できるフロー合成装置の開発）や、合成した物質を電子顕微鏡やX線を使って原子レベルでその結晶構造や電子状態の解析を行ったり、どのような物性・機能があるのかという評価や、なぜその機能が発現する起源を調べます。
What are we doing? To create such nanomaterials, we focus on developing chemical synthesis methods — from lab-scale experiments using beakers and flasks to scalable flow reactors suitable for industrial applications. We analyze the atomic-level crystal structures and electronic states using electron microscopes and X-rays, evaluating their physical properties and functionalities, and investigating the origins of their functions.
原子分解の電子顕微鏡像
何に役立つの？ ナノ物質は環境、エネルギー、医療、電子機器などさまざまな用途で応用展開が期待されていますが、我々はその中でも特に環境、エネルギーといった分野に着目し、触媒としての応用展開を研究しています。例えば、水素社会構築のために重要となる水を低エネルギーで分解して水素に変換する触媒や、持続可能な社会を目指して有害なガスを無害化するための触媒など、未来に資するナノ材料開発を目指しています。また、多様な合成手法や新規ナノ物質を創製することで、企業との共同研究を通して既存の工業触媒の改良や触媒以外にも代替材料の開発にも貢献しています。
How does it benefit? Nano-materials hold promise for various applications in environmental, energy, medical, and electronics sectors. We particularly focus on environmental and energy applications, researching catalytic applications. For instance, catalysts that efficiently decompose water into hydrogen to contribute to a hydrogen society, or catalysts that neutralize harmful gases for sustainable development. Moreover, by creating diverse synthesis methods and novel nano-materials, we contribute to improving existing industrial catalysts through collaborative research with companies. We also explore the development of alternative materials for applications beyond catalysis.
Keywords ナノ粒子; ハイエントロピー合金/酸化物; 相制御; フロー合成; 触媒; 水分解
Nanoparticles; High-entropy Alloy and oxides; Phase control; Flow synthesis; Catalysis; Water splitting
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