界面現象の「原子・分子スケール理解」とその「制御」を目指したナノサイエンス研究を推進しています
界面現象は、固体触媒、電池、洗浄、接着、塗装、印刷、食品、化粧品、医薬品など、私たちの身の回りにある材料や製造プロセスのほとんどすべてに関わっています。一方で、界面の厚さはわずか数ナノメートル（10⁻⁹ m）程度しかなく、その極めて狭い空間で起こる現象を直接観察し、理解することは容易ではありません。
私たちの研究室では、原子間力顕微鏡（AFM）と呼ばれる顕微鏡技術を中心に、界面現象を解析するためのさまざまな分析手法を開発しています。これにより、原子・分子スケールで界面現象を理解することを目指しています。
さらに、界面における化学反応や原子・分子の吸着・脱着挙動を精密に制御する方法論を構築し、その成果を固体触媒・電解触媒や分離膜などの次世代材料の創出へと展開しています。
Atomic- and molecular-scale AFM imaging of various interfacial phenomena
液中原子分解能AFMによる様々な界面現象の計測
固液界面の原子・分子スケール現象を解明することを目指して、個々の原子や分子を観察できる原子間力顕微鏡（AFM）を開発しています。
これまでに自作AFM装置を用いてTiO2ナノ結晶の原子スケール表面構造 (J Phys Chem C 2018)、有機分子の分子内構造 (J Phys Chem C 2020)、高分子の単一分子鎖(J Am Chem Soc 2019)、タンパク質のαヘリックス(Biophys J 2011)やサブユニット(Sci Rep 2019)などの超解像観察を実現してきました。
無機材料から有機分子・高分子・生体分子までさまざまな試料の原子・分子スケール計測に取り組んだ経験、蓄積してきたノウハウを駆使して固液界面の原子・分子構造やそのダイナミクスが関わる現象の解明と新たな機能性材料の創出を目指して研究を行っています。
固液界面という特殊な場で生じる吸着・化学反応・物質移動などの諸現象は、私たちの生活に深く関わっています。固液界面現象の関わる化学構造や物性を原子・分子スケールで明らかにして、その分子論的理解を進展させることを研究目標としています。具体的には「化学物質の吸着・非吸着」や「疎水性相互作用」「機能性分子の自己集合」のメカニズム解明を解明し、環境・エネルギー問題の解決や健康・医療などへ貢献することを目指しています。
Novel AFM imaging methods for understanding intermolecular interactions
分子間相互作用の実空間分布を可視化する新規AFM手法の開発
空間空隙材料による選択な貯蔵・輸送・分離・変換を実現するためには、ゲスト分子がどのような相互作用を受けてナノ空間空隙に接近・吸着するのか分子スケールで理解することが重要です。 ゲスト分子と空間空隙の間に生じる相互作用力を3次元空間で直接計測する新しい先端AFM技術を開発し、ゲスト分子の吸着エネルギーに関する考察や吸着サイトの可視化を実現する基盤的計測手法を確立することを目指しています。(JST・さきがけ 等)
Establishment of molecular nano-architectural science
ナノ分子建築科学の確立
表面・界面現象の微視的理解と自在制御を目指して「設計・構築・分析・計算」が分野間の壁を取り払い連携した学術領域「ナノ分子建築科学」の確立を目指しています。得られた知見を貴金属吸着材やCO2資源化触媒、省エネ・創エネデバイスに適用し、革新的材料・デバイスを創出する研究拠点形成へ繋げます。（金沢大学／自己超克プロジェクト・先魁プロジェクト2022・先魁プロジェクト2024）
Experimental automation for efficient and rapid development of innovative materials
分析自動化・連続パラメータ空間分析による革新的材料・デバイスの高効率・高速開発
自動分析・自動評価システムの開発や連続パラメータ空間分析により膨大なコストを必要とする新規材料・デバイス開発を高効率化・高速化する方法論を確立することを目指します。自動分析・自動評価などで得られるビッグデータを活用するデータサイエンス研究も推進します。(金沢大学・先魁プロジェクト2024)
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