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分子を自由に组み立てる手法の开発、分子を组み立てて新しい材料を作り出す研究
材料设计の自由度を向上させる新手法
もし私たちが望むように分子を组み立てることができたなら、形や性质をコントロールして新しい材料を生み出し、全く新しい材料を合成することができるかもしれません。私が行っているのはそんな未来への一歩を担う、分子や酸化物を自在に形づくる研究です。
私は様々な研究テーマを扱っていますが、今回まず紹介したいのは酸素とモリブデンが結合した「酸化モリブデン」という酸化物です。電池に使用される材料や触媒 (自身の姿を変えないまま化学反応を進行させる物質) として用いられていますが、従来の合成法では出発材料の構造が保持できない、表面積が低いといった課題がありました。当研究室ではそれらを解決する新しい合成法を開発しました。
私が考えたのは、シート状の构造を持つ酸化モリブデンを合成するために、点から线、线から平面へと逐次的に构造の次元性を上げることができないかということでした。仮に、分子を小さな丸だとすると、丸を繋げて棒状に、棒を连ねて平面のシート状に、シートを重ねて立体にしていくというようなイメージです。このように顺序立てて合成するためには、まず棒の部分构造となる分子を合成し、その后低温で分子を加热して棒状构造を形成させ、さらに棒を横方向につなげてシート状构造を构筑します。棒状构造を経由することでシートが积み重なった立体构造ができた际、普通
の合成法とは异なる面が広くなっていることがわかりました。従来の合成法では分子などの出発原料を加热し、构造の次元性をいきなり上げて立体构造を合成していました。その结果、热力学的に安定な并び方で酸化モリブデンが生成し、触媒として使用しても活性がなくなっていたのです。
新しい手法により合成された酸化モリブデンの表面にはイオンなどが入り込める多数の隙间があり、また、化学反応が起きやすい反応点を多数有していることから高い触媒活性を示します。
分子同士をくっつける金属イオン接着剤
私は他に、种类の异なる金属イオンをくっつけて新しい材料の开発を目指す研究も行っています。これまでにも様々な金属イオンを有する分子の合成が行われてきましたが、有机物を土台にして组み立てていくという方法がスタンダードでした。しかし有机物は柔软であるため、设计した个数や狙った位置に金属イオンを导入することが难しく、予想外の反応が起きてしまうといった课题がありました。そのため、より刚直な无机物を土台にできないかと考えたのがこの研究の発端です。
私が着目したのは当时所属していた研究室で扱われていた「ポリオキソメタレート」と呼ばれる无机物で、有机溶媒を使用するという工夫によって様々な种类の金属イオンを自在に导入できる手法が开発されました。しかし、狙った数の金属を入れることができてもより大きな分子を合成することは难しく、例えば前述した酸化モリブデンの合成のようにいくつもの分子が连なった构造を设计して合成することは难しく、サイズの拡张性がないという课题が残っていました。
様々な検讨を重ねた结果、余分な金属イオンが接着剤代わりとなって分子同士をくっつけることが可能であるということを见出しました。この手法を用い、3种类以上の金属が酸素原子を介して连なった分子としては世界で最も大きな构造を合成することにも成功しました。
この技术は近い未来、私たちが望んだ性质を持つ新しい材料を、自由に作れるようになる可能性を秘めています。レゴブロックを组み立てるように自分で分子を设计し、调べればその构造だけでなく性质も予测できるという、分子を用いた研究ならではの面白さを感じながら日々研究に没头しています。
问题解决能力を身につけるための研究
私は学生に「自分でもうまくいくかわからないこと」を研究テーマとして与えています。私が研究室で学んでもらいたいのは、无机化学分野の専门知识や実験技术というよりも、未知の问题にぶつかった际の対応力なのです。学んだ知识を基に考えることや、知らないことを调べる力、そして必要な実験を自ら计画し、问题を解决していく力です。このような力は大学に残っても、またいつか社会に出た时にも必ず役に立ちます。それに付随して、例えば学会発表を通して得られるプレゼンテーションスキルや、质问に适切に答える力、简洁に研究内容を人に説明する能力なども磨いてほしいと思っています。研究テーマはそれらを身につけるための教材だと考えています。
このような考え方はイギリス留学で得たものです。当时、初めて知る言叶の中にハードスキルとソフトスキルというものがありました。ハードスキルは技术的なことや知识を意味し、ソフトスキルはコミュニケーション力や协调性、プレゼンテーション能力などを意味します。欧米では両スキルを育むことが大事だと认识されています。そういった概念を基にして学生に研究室生活を过ごしてもらうことは重要だと思い、日本に帰ってから自分が教育者になったときに実践したいと考えていました。
高校生の皆さんは、ぜひ様々なことに兴味を抱き、视野を広く持ってください。いざ研究をしていると、これだと决めて突き进んだ実験で结果が出ない、実験が上手くいかないということは日常茶饭事です。また、兴味がないばかりに未知の発见が目の前に现れても気づかずスルーしてしまうこともあるでしょう。常に兴味のアンテナを张り巡らせて研究すると、面白いことの方からあなたの元へ飞び込んできてくれるはずです。研究内容に兴味がある方は気軽に研究室にお越しください。
Takuo Minato
2012年9? 東京?学 ?学部 応?化学科 卒業
2014年9? 東京?学 ?学院?学系研究科 応?化学専攻 修?課程 修了
2017年9? 東京?学 ?学院?学系研究科 応?化学専攻 博?課程 修了
2015年4??2017年9? 日本学術振興会特別研究員DC1 (東京大学)
2017年10??2018年3? 日本学術振興会特別研究員PD (資格変更、東京大学)
2017年10??2018年3? グラスゴー?学 化学科 博?研究員
2018年4??2020年12? 日本学術振興会特別研究員PD (九州大学)
2021年1?1??&苍产蝉辫;広岛?学&苍产蝉辫;?学院先进理?系科学研究科&苍产蝉辫;助教
