教員紹介

研究テーマ
「導電性高分子の合成と有機エレクトロニクスへの応用」
「導電性高分子を用いたフレキシブルセンサ・ソフトロボット」

研究のキーワード
電気を通すプラスチック、柔らかいロボット、有機エレクトロニクス

研究の説明
電気を通すプラスチック（導電性高分子）は、折れ曲がるスマホや着るエレクトロニクス、柔らかいロボットなど未来の産業分野を創出しています。私たちの研究室は、世界一電気を通す導電性高分子溶液を開発した研究拠点として、多くの企業と共同研究を行っています。導電性高分子の基礎研究（化学、物理）から有機エレクトロニクスへの応用研究（エネルギー、電気、機械）まで幅広く網羅し、卒業生もさまざまな分野で活躍しています。みなさんもイノベーティブな研究を通じて山梨から世界へ羽ばたきませんか？

研究テーマ
「精密高分子合成によるスマートソフトマテリアルの開発」

研究のキーワード
ソフトマテリアル、ドラッグデリバリーシステム材料、イメージング材料

研究の説明
高分子はモノマーと呼ばれる分子を結合して合成される巨大分子です。このモノマーの結合順序や方向などを制御して設計通りの高分子を合成することを精密重合と呼びます。この精密重合を駆使して特殊な機能を有する高分子の開発を進めています。例えば、この精密重合で合成される両親媒性ブロックコポリマーという高分子は水中で自然に集まってウイルスくらいの大きさのナノ粒子を形成します。このナノ粒子の中に薬などを封入することで、副作用などを低減しながら薬を患部まで届けることが可能になります。このような生物のように賢くて柔軟な機能性材料の世界を研究しています。

研究テーマ
「外部刺激（光や熱）に応答して色変化する機能性色素の開発」
「分子やイオンを捕まえて色変化する分子センサの開発」
「機能性超分子（分子集合体）の創製」

研究のキーワード
有機合成、機能性色素、分子センサ、超分子、分子認識

研究の説明
"光を感じ、熱を感じ、分子やイオンを感じ、そして色が変化する..."そんな機能性色素や超分子の合成をしています。見えないモノを見えるようにする（可視化）材料の開発です。例えばpHに応答して色変化するpH指示薬は、水素イオンを捕まえて構造変化することで色変化します。酵素のように特定の基質(分子)だけを捕まえて色変化する試薬は、分子指示薬と呼べるでしょう。環境中の微量成分や身体の中の生体成分を調べるための分析試薬、検査試薬として利用できます。光や熱を捕まえて色が変われば、フォトクロミズム、サーモクロミズムという現象が発現します。見えないモノを捕まえて情報発信！...そんな可視化する分子マシーンを合成しています。

研究テーマ
「高効率太陽電池材料の探索」
「高効率半導体デバイス材料の探索」

研究のキーワード
太陽電池、省エネ材料、低環境負荷材料、高効率デバイス材料

研究の説明
過去には時代の名称に石器時代（材料＝石）、青銅器（銅と錫の合金）、鉄器（鉄）とその時代の最先端材料の名前が使われてきました。社会に及ぼす材料、現代では工業材料、の及ぼす影響はそれほど大きなものです。最近では、人工的な光源（これまでは白熱電球や蛍光灯でした）の消費電力を画期的に減らすことを実現した白色LEDにつながる研究を行った日本人研究者３人がノーベル物理学賞を受賞しました。これは窒化ガリウムという新しい材料によるものです。わたしの研究室では世の中を変えるような材料の発見を目指して、太陽電池や省エネにつながる材料、環境にやさしい材料の探索に国内外の研究機関とチームを組んで取り組んでいます。

研究テーマ
「導電性を有する有機単結晶の育成」

研究のキーワード
結晶化学、固体物理、有機超伝導体

研究の説明
有機分子ラジカルは通常とても不安定なものですが、一部のラジカル分子は陰イオンとあわせて結晶にすることで安定化し、さらに結晶全体が高い電気伝導性を示すようになります。これらは電荷移動塩と呼ばれ、超伝導をはじめとする奇妙で多彩な性質を持ちます。電荷移動塩の単結晶育成と物性評価を通じて、物理と化学が融合した分野での基礎研究と材料開発を行っています。

研究テーマ
「圧電フロンティア開拓のための新規非鉛圧電材料の創生」
「界面制御に基づく高性能セラミックコンデンサの開発」

研究のキーワード
圧電材料、コンデンサ、エネルギー変換、セラミックス、ユビキタス材料

研究の説明
人類が生活する上で必要不可欠となっている電子機器。そのすべてに搭載されている電子セラミックス材料の構造をナノレベルで制御し、次世代の社会を根幹から支える高性能材料の開発を行っています。
(1)我々はドメインエンジニアリングという新しい技術で、毒性の高い鉛を含む既存の鉛系圧電材料の性能を凌駕し、圧電フロンティア(使用可能温度、性能がともに高い領域)に到達可能な非鉛圧電材料の創生に挑戦しています。
(2)我々は複合材料が創る特殊な界面の歪を利用して、高い比誘電率を示し、誘電特性が温度・電場・粒子サイズによる効果を受けない次世代のコンデンサを開発しています。

研究テーマ
「揮発性有機化合物の高感度分析法の開発」

研究のキーワード
ガス分析、臭い・香り分析、ガス濃縮、分析化学

研究の説明
常温で空気中に揮発する有機化合物を揮発性有機化合物と呼びます。揮発性有機化合物は塗料や接着剤の溶剤の溶剤として幅広く使用されており、高濃度あるいは長時間の曝露によりシックハウス症候群や化学物質過敏症など健康に悪影響を及ぼします。また、揮発性有機化合物は同時に花や食品の香り成分でもあります。
私の研究では、微量の揮発性有機化合物を濃縮して、高感度に分析するためのデバイスの開発また分析手法の開発を行っています。例えば、ステンレス針の内部に吸着剤粒子を充填した針型の濃縮デバイスを作製しています。この濃縮針は空気を採取して揮発性有機化合物を濃縮した後に、そのまま分析装置に挿入して高感度分析ができます。

研究テーマ
「機能性セラミックスナノ材料の溶液合成と形態制御」

研究のキーワード
無機化学、ナノ粒子合成、液相合成、形態制御、複合化

研究の説明
金属酸化物(セラミックス)材料の合成法の一つに、溶液法という金属イオンの溶液から低温で結晶を育てる方法があります。この方法では結晶粒のサイズや"カタチ"を操ることができ、有機物などの熱に弱い材料と組合せることも可能で、ナノサイズ化や複合化によって新しい機能を有する材料を作製できます。私達はこうした「微構造制御」、「ナノ複合化」をテーマとする"小さな世界"の研究により、高容量複合コンデンサ材料など、大きく世界を変えることのできるセラミックス材料開発を行っています。

研究テーマ
「層状鉱物のイオン交換反応」
「イオン交換反応を使った蛍光性無機物質の合成」

研究のキーワード
イオン交換、無機物質、発光

研究の説明
イオン交換反応は、身の回りの河川・湖沼の水のように非常に多量の水から、目的のイオンや処理用の薬品がどちらも残留しないよう除去できる反応です。イオン交換反応を起こし水質改質に使える層状構造の鉱物を研究しています。また、イオン交換反応を使って無機物質を改良し、照明などに使える蛍光物質を作る方法も研究しています。

研究テーマ
「バイオマスから有用化学品を合成する金属酸化物触媒の開発」
「触媒機能に及ぼす水の影響の解明」
「アンモニアから直接高純度水素を製造するシステムの開発」

研究のキーワード
固体酸触媒、バイオマス変換、エネルギーキャリア、水熱合成

研究の説明

私たちの生活に欠かすことのできない燃料、プラスチック、繊維、肥料、医薬品などは化学反応によりつくり出されています。欲しい物質を短い時間でたくさんつくれる化学反応を実現するための材料が"触媒"です。
　私は「石油の代わりに植物由来の物質から化学製品を合成するための触媒」、「水を触媒に変化させる材料」、「アンモニアから直接高純度水素を製造するシステム」に関する研究を行っています。例えば紙おむつ等に使用されている超吸水性ポリマーは、アクリル酸という物質からつくられています。このアクリル酸は現在、化石資源である原油からつくられています。一方、菜種油や廃食用油などからバイオディーゼル燃料を作る際に、同時にグリセリンという物質が生成します。私はこのグリセリンからアクリル酸をつくる反応を効率よく進めるための固体触媒の開発に取り組んでいます。

研究テーマ
「生体内で起きる化学反応の解明」
「コンピューターシミュレーションを用いた化学反応の解析」

研究のキーワード
創薬有機合成、計算化学、天然物、酵素、コンピューターシミュレーション

研究の説明
私たちの研究室では、有機化学実験・計算化学（コンピューターシミュレーション）・生化学実験の三つを柱として、天然物に学ぶ『ものづくり』の研究進めております。
人類が生活していく上で必要な「衣・食・住」は、植物や微生物が作り出す天然有機化合物（以下、天然物）に支えられています。例えば、カイコが生産するフィブロインは絹として使われ、植物の生産する天然ゴムはタイヤなど様々な工業製品に使われています。さらに、植物や菌類によって生産されるテルペン化合物は、医農薬,接着剤、プラスチックの改質剤、香料、洗浄剤、電子材料等、あらゆる分野の製品に応用されており,社会の基盤を支えています。そのため、新奇天然物の発見は衣食住の充実や新規材料の開発に直結すると考えられています。しかし、天然資源の枯渇が問題となっている現代において、新奇天然物の発見やその安定供給は困難となってきており、化学者に知恵と打開策が求められています。
多種多様な天然物の分子構造は、酵素内部での複雑な多段階連続反応によって合成されます。いくつかの酵素は、現在の有機合成化学では難しいとされる反応さえ簡単に実現してしまいます。しかも、多段階にわたる連続反応を、緻密に、正確に、短時間で、効率的に行います。このことは同時に、"反応性が高く" "寿命が短く" "手に取り出せない"中間体や遷移状態が数多く含まれることと同義であり、これらの単離・構造決定や生合成機構の解明が非常に難しいことを示唆しています。天然物の巧みな『ものづくり』の仕組みを解き明かし、目的に応じて改変することができれば、有機化学・天然物化学における学理・学術的な成果としてはもちろん、創薬・物質科学に強力なツールをもたらすと期待されています！

研究テーマ
新奇固体電解質の探索と物性評価
ヒドリドイオン伝導体のデバイス応用

研究のキーワード
無機材料， 水素化物， ヒドリドイオン， 固体電解質

研究の説明
宇宙で最もありふれた元素であり私たちの身の回りにも豊富に存在する水素は，原料や試薬として化学プロセスに用いられるだけでなく，近年では石油に代わる次世代のエネルギー源としても注目されています．なかでも水素の陰イオンであるヒドリドイオン（H−）は高い反応性を有することから，化学合成やエネルギー貯蔵といった用途への利用が期待されています．私は固体の中をH−が動く新しい材料--H−伝導体を用いて，H−の活用を目指す研究を行っています．H−を用いた化学電池や燃料電池などの電気化学デバイスを構築することで，「水素社会」実現への貢献を目指します．

研究テーマ
「元素の未知なる反応性を引き出す有機合成反応の開発と機能性分子合成への応用」
「グリーンケミストリーを指向した触媒反応 (有機触媒・遷移金属触媒・不均一系触媒)の開発」

研究のキーワード
有機合成化学、有機元素化学、触媒化学、グリーンケミストリー、反応開発

研究の説明

有機合成化学は、物質を元素や分子レベルで精密に合成する「ものづくり」の基盤として、私たちの日常生活を含め多岐にわたる分野を支えてきました。一方で、医農薬品や機能性材料などの先端分子合成の際に生じる廃棄物の処理や環境汚染・資源枯渇への懸念から、環境負荷の低減と持続可能なプロセスの達成を共に可能とする有機合成法の確立が21世紀のこれからを創るものづくりの実現に必要不可欠です。特に資源が少ない日本では、「限りある資源から必要なものを無駄なくかつ安全に創る」という観点に立脚した物質創生に焦点が当てられています。周期表には現在118種類の元素が記載されており、それぞれ個性あふれる性質があります。そこで私たちの研究室では、元素特性を巧みに組み合わせて新たな合成試薬や触媒系を設計・構築することで、元素の未知なる反応性を引き出す有機合成反応の開発を進めています。加えて、地球上に豊富に存在する酸素(空気)を酸化剤とするグリーン酸化法についても研究を独自に進めています。さらに、得られた成果を基に、高度な機能を付与した発光色素や医薬品分子の創出を目指しています。基礎研究から探求を深めることで、面白い分子や反応を発見するという「発見型研究」を大切にしつつ、有機合成化学のさらなる可能性を山梨から世界へ発信していきます。

研究テーマ
「非鉛圧電材料の高性能化に関する研究、新しい透明強誘電体セラミックスの作製と評価」

研究のキーワード
無機化学、セラミックス、強誘電体、圧電材料

研究の説明
藤井研究室では、非鉛圧電材料の高性能化に関する研究を中心に、強誘電体についての研究を行っています。強誘電体は、電界をかけなくても分極を持ち、電界をかけると分極の向きが変わる強誘電性を持つ物質で、高い誘電率や圧電効果（電界をかけると伸長し、逆に押すと電荷が発生する現象）などを持ちます。圧電材料はこのうち圧電効果の優れた材料で、ドローンの姿勢制御に必要なジャイロセンサやエコー診断機の超音波センサなどに使われており、振動発電に向けても研究されています。現在使われている主な圧電材料は有毒な鉛を含むので、当研究室では、環境に優しい優れた非鉛圧電材料の作製を目指し、新しい物質系の探索や高品質な単結晶の作製などを行っています。

研究テーマ
「超大容量電気化学キャパシタの開発」
「新規高性能・低コスト水電解セルの開発」

研究のキーワード
電気化学、エネルギー変換、キャパシタ、水電解、水素

研究の説明
地球環境にやさしい電気化学的なエネルギー変換デバイスの研究を行っています。具体的には、高出力、高容量、高寿命を兼ね備えた電気化学キャパシタといわれる充放電可能な蓄電デバイスの高性能化、全固体化に関する研究開発を行っています。また、政府が推進する二酸化炭素を排出しない水素エネルギー社会の構築に向け、これまでにない新しい高性能・低コスト水電解セルの開発にも携わっています。

研究テーマ
「ハロゲンや熱水の力を利用した炭素材料の高機能化」
「天然資源や食品廃棄物からの活性炭の合成および用途探索」

研究のキーワード
炭素材料，吸着，多孔体，モルフォロジー制御

研究の説明
活性炭は広い表面積を生かして、ガスや有機溶媒の吸着分離、空気清浄機のフィルター、電池の電極材などに幅広く使われています。元素Cを主成分とする活性炭は、有機物を蒸し焼きにすることで得られ、賦活という処理により穴が沢山空いた材料（多孔体）へと変換されます。私たちは、セルロースやデンプンなどの天然高分子やコーヒー殻などの飲料廃棄物に対してハロゲンや熱水を作用させることで、従来の賦活法とは異なる穴の空け方で、「形」、「中身（細孔）」、「炭素収率」を同時に制御した活性炭を作り出し、特定な分子やイオンに対して優れた吸着能力を持たせようとチャレンジしています。

研究テーマ
「電気化学バイオセンサ・バイオセンシング法の研究」

研究のキーワード
電気分析化学、バイオセンサ、バイオイメージング

研究の説明
　生物が作り出す分子は様々な機能を持っています。これら分子の機能の詳細な役割を簡単に知ることができるようなセンサを開発したり、逆にこれら分子の持つ「物質を見分ける力」を利用するようなセンサを作り出したりすることができれば、生命科学の基礎研究に役立つだけでなく、創薬や診断、環境計測、自己健康管理など、様々な分野でこれまでにできなかったような計測が可能になります。
　研究室では現在、細胞同士がどのように化学物質をやりとりしてコミュニケーションしているのかを知ることができる化学顕微鏡を創出するための研究をしています。これまでにない高時間空間分解能で分子濃度分布を可視化する手段として、バイポーラ電極と呼ばれる、多数のセンサを一括してワイヤレスに動作させることができる電極に着目して、新しいイメージングシステムを開発しています。

研究テーマ
「再生可能エネルギー変換材料の創製 ―人工光合成、光熱電デバイス実現に向けて―」

研究のキーワード
太陽光、人工光合成、有用物質合成、環境発電、熱電変換材料

研究の説明
再生可能エネルギーである太陽光や地熱は国内で獲得できることからエネルギー安全保障にも寄与するエネルギー源として導入が期待されています。当研究室では、光触媒を用いて太陽光を我々が利用可能なエネルギー源（水素・炭化水素、アルコールなど有用物質）に変換する"人工光合成"の研究を行っています。また、様々な形態で環境中に存在するエネルギーを電力に変換する環境発電技術は充電・電池交換を必要としない電源として、ユビキタス社会やIoT社会の実現に必須の技術となっています。その中で太陽熱や地熱、身の回りの未利用熱を電力に直接変換できる"熱電変換"技術への期待が高まっています。当研究室では熱電変換材料の設計や創製と共に、光によって熱電変換効率を向上させる光熱電効果の研究を進めています。

研究テーマ
「イオン導電性薄膜の設計とエネルギーデバイスへの応用」

研究のキーワード
高分子化学、機能分子設計、燃料電池、エネルギーデバイス

研究の説明
タンパク質やDNAなどに代表される高分子は非常に大きな分子ですので、色々なものを繋げることができます。色々なものを繋げて新しい高分子にすると、これまでになかった機能が生まれたりすることがあるので、組み合わせ次第で無限の可能性を秘めています。我々は、高分子の研究でエネルギーデバイスの性能・耐久性・コストを大きく改善するような新しいフィルムを作ることを目指しています。フィルムの中をイオン（水素イオンや水酸化物イオンなど）が高速に動くことができれば、高性能な燃料電池や水電解装置が可能となります。高性能なエネルギーデバイスを「簡単な方法で、安く、世の中の誰もが使えるようなものに仕上げる」ことが我々の研究が目指す目標です。

研究テーマ
「太陽光による有用化学物質合成に向けた触媒の設計開発」

研究のキーワード
人工光合成、触媒開発、電気化学

研究の説明
太陽光から水素やアルコールなどの有用化合物を化学的に創り出す人工光合成の研究をしています。その中でも様々な色の光を吸収して化学反応に利用可能な電子を供給する光触媒のナノスケールでの合成や、化学反応を起こす際の電子の流れをアシストする触媒の開発をしています。特に触媒開発では水や二酸化炭素の変換反応をターゲットに、豊富な元素を触媒に使ってこれらの反応をいかにエネルギーロス少なく達成するかに向けて、日々模索しながら研究しています。

研究テーマ
「クリーンでサステイナブルなエネルギーデバイス：燃料電池の開発研究」
「ナノ界面における分子レベルでの分析法の開拓：電子のやり取り・構造の変化を直接見たい」

研究のキーワード
燃料電池・ナノ触媒設計、反応機構評価、電気化学、分析化学

研究の説明
地球温暖化・環境問題に対してクリーンな水素社会を目指した未来社会において、二酸化炭素排出を制限しながらエネルギーを製造・貯蔵・発電するシステム（燃料電池、太陽電池、キャパシタ、電池など）の発電効率を向上させることが必須であります。なかでも反応・電子の受け渡しが実際に行われる触媒の表面（ナノ界面）で、どのような反応が進行し、どうしたらより効率良く反応が進行するか、状況を理解・改善することが重要となります。
我々は分子・原子スケールで、実際に反応が進行しているナノ界面を直接観察する分析法を開拓し、新たに高効率な触媒の精密合成を目指す研究を遂行しております。水素社会を実現し、温暖化問題・環境問題に対して、化学の力で貢献していくことを目指します。