北海道大学大学院工学研究院　　　　 　　　　　　　　　　応用化学部門構造無機化学研究室

研究方針（Research)

私たちの研究は、知的興味心に基づく新規材料探索と、理論に基づく合成-構造-特性の解明を通じ、革新的な機能性無機材料の効率的な創出を目指します。最先端の研究を通じて、学生や若手研究者に独自の学習機会を提供し、専門スキルと国際的なコミュニケーションを備えた人材を育成します。

1)知的好奇心に基づく新規非酸化物材料の創出

化学の発展には、好奇心に駆られた探究に基づく新規構造の発見は不可欠です。周期表にある多様な元素を組み合わせることで、刺激的な特性を持つ新しい構造が出現する可能性があります。私たちは主に、N3−、NCN2−、S2−、Cl−などのアニオンを持つ非酸化物化合物に焦点を当てています。例えば、窒化物アニオン(N3−)は、2価の酸化物アニオン(O2−)とほぼ等しいのイオン半径を持つ3価のアニオンでありますが、異なる局所的および平均的構造でさまざまな特性が生じ、強誘電性や電気化学触媒能が期待できます。NCN2−の価数は酸化物アニオン(O2−)と同じ2価ですが、異なる棒状の形状は、熱または圧力に依存する刺激的な発光特性を示します。Cl−は非常に大きく柔らかいイオンであり、エネルギー用途に重要な柔らかい機械的性質と優れたLi+イオン輸送を生み出します。これらの新たな化学を探求するため、我々は新規化合物合成のための新規合成法の開発や、構造と特性の関係を明らかにするための結晶構造解析を行っています。

  1. Stress-Induced Martensitic Transformation in Na3YCl6 
    Journal of the American Chemical Society, 146(36) 25263-25269, Sep 11,
    プレスリリース、日経新聞掲載（2024年09月05日）
  2. Average Cubic BaTaO2N Crystal Structure Formed by 50 nm Size Domains with Polar Nanoregions Consisting of cis-TaO4N2 Octahedral Chains 
    Chemistry of Materials  36, 15, 7504–7513, Jul, 2024 
  3. High-pressure behavior of tetragonal barium carbodiimide, BaNCN
    Journal of Alloys and Compounds 918 Oct 2022

2)合理的な合成に向けた反応-構造-特性の理解

これまで合成されてきた無機化合物の探索には、多くの労力と時間を費やしてきました。次世代の物質探索においては、より効率的な方法が求められています。計算科学により、反応物から生成物への熱力学的駆動力を推定できますが、生成物は大きな物質拡散や核生成などを通じて生成されるため、目的物質の合成法を予測することは現状困難です。したがって、物質の合成を効率的かつ合理的に設計するには、合成反応を熱力学・速度論を通じて合成法を理解することが非常に重要です。その場シンクロトロンXRDとその場電子顕微鏡観察は、加熱中の反応の過程を知ることができるため、合成法を理解するための強力なツールです。合成実験と計算科学およびその場解析を組み合わせることで、合成反応を合理的な理解を通じた効率的な新規材料創出を目指します。

  1. The Detail Matters: Unveiling Overlooked Parameters in the Mechanochemical Synthesis of Solid Electrolytes
    ACS Energy Letters 156-160 2025
    北大プレスリリース、日経新聞掲載（2024年12月20日）
  2. Observing and Modeling the Sequential Pairwise Reactions that Drive Solid-State Ceramic Synthesis
    Advanced Materials 2100312-2100312 2021
    https://youtu.be/2DknN3zJco4
  3. 固相合成のその場XRD測定と新規材料探索
    セラミックス, 57(10), 674-677 2022

3) 共同研究 (大学、産業界)

私たちは国内外の様々な大学や企業と連携しています。詳細な平均構造と局所構造の解析に関して、シンクロトロンおよび中性子解析に関して強力な連携関係を築いています。また、計算による構造とエネルギー分析から合成プロセスと特性の本質を理解するために、国内外の計算チームと協力体制を築いています。

  1. Efficient Exploratory Synthesis of Quaternary Cesium Chlorides Guided by In Silico Predictions
    Journal of the American Chemical Society, 146(43) 29637-29644, Oct 16, 2024
    プレスリリース、日経新聞掲載（2024年10月21日）、Science Japan(10.22.2024)、The Atlantic: Dialogues
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