熊谷明哉 教授、立崎瑛太、石毛亮之介（千葉工業大学）、井田大貴 講師、高橋康史 教授（名古屋大学）、白木将 教授（日本工業大学）、珠玖仁 教授（東北大学）らの研究グループは、ラマン分光法とナノ電気化学セル顕微鏡（SECCM）を統合した 新規オペランド計測手法を開発しました。リチウムイオン電池や電極触媒などの電気化学エネルギーデバイスでは、固液界面での反応が性能・耐久性を左右する重要な要素であり、界面で進行する電気化学プロセスをナノスケールで理解することが求められています。これまでは、ラマン分光法などの計測技術を用いて、局所的な電気化学反応と、それに伴う構造変化を反応動作下（オ...

工学院大学（学長：今村 保忠、所在地：東京都新宿区／八王子市）と物質・材料研究機構（理事長：宝野 和博、所在地：茨城県つくば市、以下「NIMS」）を中心とする研究チームは、京都大学、名古屋大学、日本電子株式会社、東北大学、島根大学、岡本硝子株式会社をはじめ、国内複数機関との共同研究により、従来「ガラスにならない」と考えられてきた単一成分酸化物である酸化アルミニウム（Al2O3、アルミナ）について、室温の高圧プロセスにより、ミリメートルサイズの透明な非晶質（アモルファス）の塊（バルク）を合成することに成功しました。得られた試料が、高い熱伝導率や硬さを...

尿は、健康状態や疾患リスクを知るための重要な情報を含む身近な検体ですが、摂取水分量や個人差によって濃度が大きく変動するため、正確な評価には補正が欠かせません。尿中バイオマーカーの評価では、一般にクレアチニン補正が用いられますが、従来は家庭で簡便かつ高精度に測定できる技術がありませんでした。東北大学大学院工学研究科の小野崇人教授と大学院医学系研究科の阿部高明教授の研究グループは、白金ナノ粒子と酵素反応（注6）を利用した抵抗変化型バイオセンサ（ケミレジスタ型バイオセンサ）を新たに開発し、家庭での尿検査に適した簡易かつ高精...

アンモニア（NH3）は、肥料や化学原料として不可欠なだけでなく、燃焼時に二酸化炭素を排出しない次世代エネルギーキャリアとしても注目されています。しかし、従来のハーバー・ボッシュ法によるアンモニア合成は、高温・高圧条件を必要とし、大量のエネルギー消費とCO2排出を伴います。一方、農業排水や工業排水に含まれる硝酸イオン（NO3⁻）は、水質汚染や富栄養化の原因となる有害物質です。この硝酸イオンを電気化学的に還元してアンモニアへ変換する「電気化学的硝酸イオン還元反応（eNO3...

アルミニウム（Al）合金は軽量でリサイクル性に優れることから、自動車などの輸送機器に広く用いられています。近年、電動化の進展により車体が重くなる傾向がある自動車では、軽量なAl合金の利用拡大が期待されています。一方で、使用範囲が広がるほど、さまざまな環境下で長く使える「錆びにくさ（耐食性）」の向上が欠かせません。しかし、Al合金は微細組織が複雑なため、腐食の起点を特定することが困難でした。東北大学大学院工学研究科の竹内開人大学院生、西本昌史助教、武藤泉教授は、pHの変化を緩和する作用（緩衝作用）をもつ塩化ナトリウム水溶液中で、Al合金表面を光学顕微鏡によりリアルタイムに観察し、孔食...

銅ナノクラスター（Cu NC）は、原子レベルで構造が決定されたナノ物質であり、量子化された電子状態に起因する独自の触媒特性を示します。しかし、多くのNCでは、その表面は配位子によって完全に覆われ、活性点となる金属原子表面が露出していないため、さらなる高機能化が困難でした。東北大学 多元物質科学研究所の根岸雄一 教授、川脇徳久准教授らの研究グループは、ほぼ同一の幾何構造を有するCu14 NCにおいて、用いるチオラート配位子の違いのみでCuサイトの露出を制御できることを見出しました。その結果、たった1つの露出したCuサイトを有するCu14 N...

近年、再生可能エネルギーの有効利用に向けて、光を使って化学反応や発電を行う光電気化学デバイスが注目されています。従来の光電気化学デバイスは室温付近での利用に限られ、高温での研究はまだ数少なく、未解明な点が多く残されていました。東北大学大学院環境科学研究科の川田達也教授、倉田真樹大学院生（在籍当時）、山口実奈助教らの研究グループは、固体電解質として知られるガドリニウム添加セリア（CGO）と白金の界面に紫外線を照射し、300-400ºCの高温環境で電圧が発生することを明らかにしました。紫外線照射によりCGOに酸素...

不安定な太陽光発電や風力発電で得られる再生可能エネルギーを安定的に活用するため、水を電気分解して水素ガスの形でエネルギーを貯蔵する、いわゆるグリーン水素の技術がCO2排出削減に有効です。そのため、高効率に水の電気分解を起こす電極触媒が広く研究されています。東北大学大学院 理学研究科の若林 裕助 教授 を中心とした研究グループは、神戸大学大学院 工学研究科の宮崎晃平 教授らと共同で、水の電気分解が生じる電極と電解液の界面の原子配置が、時間とともに変化していく様子を、放射光を用いた界面構造解析で明らかにしました。貴金属を含まない代表的な酸化物電極触媒材料であるペロ...

セラミックス電解質を用いる固体酸化物セルは、700℃近傍で作動する燃料電池・水素製造デバイスとして期待されています。特に、BaZrO3系プロトン伝導体は、作動温度をさらに400～600℃に下げられることや、効率を高められる観点で注目されています。しかしBaZrO3の緻密な焼結体を得るために、通常は1600℃程度の高温が必要であり、製造コストが高くなる一因となっていました。今回、東北大学大学院工学研究科の高村仁教授らのグループは、東芝エネルギーシステムズ株式会社との共...

CO2は地球温暖化の原因物質であり、排出量の削減に加え、回収して有用な有機化合物や燃料に変換する資源循環技術に期待が寄せられています。東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）のLiu Tengyi特任助教、藪浩教授（主任研究者、同研究所水素科学GXオープンイノベーションセンター副センター長）、Di Zhang特任助教、Hao Li教授（主任研究者）らの研究グループは、東北大学国際放射光イノベーション・スマート研究センター（SRIS）の小野新平教授と吉田純也准教授、北海道大学電子科学研究所の松尾保孝教授、および東北大学発スタートアップ企業のAZUL Ene...

プロトン（H+）と高い電子（e−）の両方が電荷担体（キャリア）となる混合伝導体は、500℃以上の高温域で動作する燃料電池や水電解素子など、水素が関わる反応を利用した電気化学リアクターの電極や、水素透過膜などとして使われます。近年それらのデバイスは、耐用年数の延伸や反応の促進に必要な触媒にかかるコスト低減、反応の選択性向上などの観点から、従来の燃料電池が稼働する500℃以上の高温域に対して200～500℃の中温域での動作が望まれており、その実現に向けた要素材料の開発が進められています。東北大学多元物質科学研究所の山﨑智之助教と小俣孝久教授ら...

カーボンニュートラル社会の実現に向け、再生可能エネルギーを利用してCO₂を有用な有機化合物に変換する「電気化学的CO₂還元反応（CO₂RR）」は、非常に注目されている技術です。この反応の高効率化と生成物の選択率制御には、優れた電極触媒の開発が不可欠です。東北大学多元物質科学研究所の根岸雄一教授、川脇徳久准教授、Sourav Biswas助教、同大学院理学研究科の神山真帆 大学院生、東京理科大学大学院理学研究科修士課程の新行内大和 大学院生（研究当時）、尾上雅季 氏、米国ヴァンダービルト大学のDe-en Jiang教授らの共同研究グループは、粒径約1 n...

日々の健康状態をより正確に把握する次世代バイオセンサとして、生体親和性に優れ、水中でも安定して動作する有機電気化学トランジスタ（OECT）が近年注目を集めています。東北大学大学院工学研究科の金田一修平大学院生（研究当時）、山本俊介客員准教授（京都大学大学院工学研究科 准教授）、三ツ石方也教授らは、静岡大学工学部、米国ワシントン大学化学科と共同で、OECTの高機能化に取り組み、温度が変化しても安定して動作する素子の作製に成功しました。これは、従来用いられてきた導電性高分子に温度応答性高分子を混合し、さらに適切な...

国立研究開発法人 産業技術総合研究所（以下「産総研」という）化学プロセス研究部門 伊藤徹二 主任研究員、長谷川泰久 副研究部門長らは、株式会社テクノメディカ 吉田朗子 主任、国立大学法人 東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）西原洋知 教授（多元物質科学研究所、環境科学研究科 兼務）、富士シリシア化学株式会社 井澤謙一 研究開発グループ リーダー、日本電子株式会社 作田裕介 副主査らと共同で、貴金属を使わない電極を用いて、血液中の夾雑物(...

ステンレス鋼は高い耐食性を有していますが、海水などの塩化物水溶液にさらされるなどの環境下では、表面の一部に腐食が発生することがあります。耐食性を向上させるためには、腐食の発生起点を正確に特定することが不可欠ですが、従来の手法では、腐食が進行すると起点部分が完全に溶解してしまい、どこで腐食が始まったのかを突き止めることが困難であるという課題がありました。東北大学大学院工学研究科の西本昌史助教、氏原幸太大学院生、武藤泉教授は、ステンレス鋼表面に存在するサブミクロンの腐食の起点を特定できる手法を開発しました。ステンレス鋼に微弱な電流を流し、腐食発生の確認後に速やかに電流を遮断することで、...

温度は生理学や病理学上の生体反応において重要な役割を担っており、生体システムから細胞レベルまでの化学物質の動態と密接にかかわっています。生体内部温度のモニタリング技術は進展しているものの、局所的な温度変化と体内の化学物質の変化を同時に計測する技術は開発には至っていませんでした。東北大学学際化学フロンティア研究所の郭媛元准教授、同大学工学部の久保稀央学部生、理学部の阿部茉友子学部生（学際科学フロンティア研究所ジュニアリサーチャー）らの研究チームは、熱延伸技術を用いることで、温度とpHの同時計測が可能である超微細ファイバーデバイスの開発に成功しました。本研究成果は、2025年...

リチウムイオン電池（LIB2）は、スマートフォンや電気自動車（EV）などに幅広く利用されていますが、経年劣化による交換費用や劣化電池の安全性への危惧が大きな社会問題となっています。電池劣化の要因は幾つかありますが、その一つとして電池材料の分解と溶出の可能性が指摘されています。東北大学多元物質科学研究所のヘラー ニチヤ（Hellar Nithya）学術研究員らのグループは、MRIを用いて、リチウムイオン電池の正極材料であるLMOからマンガンイオンが電解液中に溶出する様子をリアルタイムで可視化する手法を開発し、電池の充放電時にマンガン（Mn）が溶出する電圧や場所や...