文部科学省と国立大学附置研究所・センター 個別定例ランチミーティング

第78回 九州大学 先導物質化学研究所（2024.4.19)
12:05－12:10(05分）：研究所の概要 横山 士吉 所長
12:10－12:25(15分）：若手研究者からのプレゼン（5分×3名）
穴田 貴久 准教授
「エネルギー代謝を活性化する薬剤開発と老化抑制-老化制御に化学でせまる-」
中林 康治 准教授
「座礁資源で炭素循環社会を創る」
斉藤
光 准教授「電子顕微鏡でみる物質材料ダイナミクス」

12:25－12:45(20分）：質疑応答

1❶
物質基盤化学部門

筑紫キャンパス（総理工）伊都キャンパス（理・工）先導研部門紹介
先導研の部門紹介
ナノ界面物性分野
反応・物性理論分野
分子物質化学分野
機能分子化学分野
生命有機化学分野

分子集積化学部門

多次元分子配列分野
集積分子機能分野
医用生物物理化学分野
複合分子システム分野
クラスター分子化学分野
無機物質化学分野

融合材料部門

ナノ組織化分野
ヘテロ融合材料分野
ナノ融合材料分野（クロアポ）
ナノ材料解析分野（クロアポ）

先端素子材料部門ナノ構造評価分野
先端光機能材料分野
ミクロプロセス制御分野
炭素材料科学分野
エネルギー材料分野

N
B

ソフトマテリアル部門 ソフトマテリアル学際化学分野

ナノバイオデバイス国際連携分野
メカノバイオマテリアル国際連携分野
ソフト界面工学国際連携分野

2❷ 先導研の最近のトピックス
先導研最近の研究トピックス

3➌ 拠点ネットワークと５研究所間アライアンスの関係性
共同研究拠点ネットワーク
第２期（２０１６～２０２１年度）
第３期（２０２２～２０２７年度）

５研究所間アライアンス

相互不可分●社会問題に資するイノベーション創出●世界の科学をリードする人材輩出●物質・デバイス分野の底上げ●若手人材育成・分野横断研究促進

支援
多彩な公募プログラム
公募プログラムの拡充

対象者 ：国公私立大学・高専等全国の物質・デバイス領域の研究者（大学院生・学部生含）

基盤共同研究新 ｸﾛｽｵｰﾊﾞｰ共同研究

施設・設備利用異なる分野の軸を互いに交差させ、思いもよらない発展へつなげる目標設定型プログラム。

展開共同研究新 機動的共同研究

次世代若手共同研究

自然災害や感染症蔓延等への対応プログラム。
レジリエンスな社会の構築に貢献。

COREラボ共同研究

全プログラム：拠点予算に一本化

充
実
した研
究環
境の提
供

アライアンス
拠点ネットワーク事業
展開の舞台を提供
4➍ 先導物質化学研究所
分析コーディネーター設置による利用者への対応強化と研究室機器登録による共用形態の多様化

所内

利用者

全学プラットフォーム

現行共用体制
新共用体制

他部局
大学連携設備
ネットワーク

地域連携

研修コース

ネットワーク型
共同研究拠点

分析コーディネーター
（受付・提案）

人材戦略

技術職員
ネットワーク

技術職員（機器保守・管理・依頼測定）センター教員（運営・助言）国際化

5研究所間アライアンス
統合物質研
究推進機構
連携

共用
機器

センター管理機器
ハイエンド大型機器

研究室管理機器共用化
小型～大型機器

研究力
強化

多様な共用形態・・・登録制

5➎ 先導研の中核的拠点としての適格性：物質機能評価センター
専任の技術系職員が5名所属。 所内の測定指導の他、学外からの受託分析も行う。
電子顕微鏡：

質量分析装置：分子の精密な質量を求めることで分子構造を特定する。例

コールドスプレーイオン化
飛行時間型質量分析計(Cold spray-TOFMS)

磁場型質量分析計(磁場MS)

マトリックス支援レーザー脱離
イオン化飛行時間型質量分析計（MALDI-TOFMS)

形態観察

透過型電子顕微鏡 (TEM) 1台
走査型電子顕微鏡（SEM) 2台

磁気共鳴装置：

Ｘ線回折装置：
主に結晶や粉末試料から物質の結晶構造を特定する。

単結晶X線構造解析装置（Single crystal XRD) ３台

12C16Oと14N を区別。
2

粉末X線回折装置（powder-XRD)２台,
小角X線回折装置 (SAX)１台

電子もしくは原子核特有の共鳴現象により材料や分子の構造・運動性を評価する。

電子スピン共鳴装置 (ESR)

核磁気共鳴装置 (NMR) 7台

60

文部科学省と附置研・センターとのランチミーティング『若手からのプレゼン』

座礁資源で炭素循環社会を創る
先導物質化学研究所
准教授 中林康治

Kyushu University UI project Kyudai Taro,2007

研究の概要1

座礁資源とはCO2
二酸化炭素
石炭残渣
マリンバイオマス
石油残渣

廃プラスチック

バイオマス残渣

市場環境や社会環境において、価値を見出せない、取り残された資源のことを指す。
Kyushu University UI project Kyudai Taro,2007

研究の概要

座礁資源とは

2

座礁資源

大量のCO2排出 市場・社会環境の変化により価値を損失し得る、している資源
 複雑かつ多成分で構成されているため基本的にはボイラー燃料としての利用に限定→ 大量のCO2排出図. 座礁資源の現状

座礁資源を利用する意義

 座礁資源を高度利用することができれば炭素循環社会に大きな貢献ができる→ 潜在的なCO2排出を抑制できる！

解決の糸口

座礁資源

→

Kyushu University UI project Kyudai Taro,2007

炭素材料

炭素材料とは

3

炭素材料：90％以上炭素によって構成された材料
電気伝導性

黒鉛電極

電極材

高強度材

複合材

スポーツ用材料

高比表面積キャパシタ

吸着材

出典：https://www.maximizemarketresearch.com/market-report/global-advanced-carbon-materials-market/72232/

 炭素材料の市場マーケットは、10年以内に2倍以上に成長する
 特に、電子部品・モビリティ分野での成長が見込まれる
Kyushu University UI project Kyudai Taro,2007

研究の概要4

座礁資源を利用した炭素材料の開発
CO2
バイオマス残渣マリンバイオマス

廃プラスチック

石油残渣

座礁資源の理解高機能炭素材料の製造
活性炭
マリンバイオ

活性炭

炭素繊維
残渣

炭素繊維

カーボンナノファイバー
CO2
二酸化炭素

マリンバイオマスを利用した活性炭製造
座礁資源を利用した炭素繊維の製造
CO2を利用したCNFの合成
Kyushu University UI project Kyudai Taro,2007

分子レベルで理解し反応をコントロールする（分子の切断・結合）

国際連携活動及び成果

5「ダイバーシティ・スーパーグローバル教員育成研修（SENTAN-Q）」
リカレント教育

STEP1 研修生の選出

メンター：平井康之教授（芸工）2021年後期スタート

STEP2

研修内容：
デザインを通じて市⺠/自治体を巻き込み社会課題を解決するには?

大学ガバナンス・ダイバーシティ・
インクルーシブ教育＊学んだ事→ダイバーシティ・インクルーシブの概念。より俯瞰

STEP3 英語でのアクティブラーニング型教授法教育的な視点を持つ。社会課題を解決するには人との対話が必要だということ。人は社会に生きるということ。
KRICT韓国化学研究院（韓国）での講義

STEP6 海外での実践教育・研究指導
2023年10月修了

湖南大学（中国）での８コマの授業の様子

国際的な人脈形成に成功！

STEP4 留学生の実践的研究指導
STEP5 最新学問分野等のリカレント教育

国際連携

九大-清華大における大学間交流を締結予定

STEP6を通じて国際共著論文へと発展中！

清華大学（中国）での学生への研究・教育実践指導

インペリアルカレッジロンドン（英国）での講義世界と伍して戦える教員の育成！！

Kyushu University UI project Kyudai Taro,2007

若手研究者からのプレゼン（３）電子顕微鏡でみる物質材料ダイナミクス
斉藤

光

先導物質化学研究所
融合材料部門静的観察から動的観察への世界的なシフト
触媒

熱電ACS Catalysis(2022)

InorganicChemistry(2021)

その場観察

排ガスフィルター
超伝導センサー

Scientific Reports(2021)
Applied Catalysis B(2016)

その場加熱電子線トモグラフィー

H. Vanrompay et al. Nanoscale (2018)

動的観察へ
光工学

地球惑星科学Chemical Science (2021)

時間分解電子顕微鏡

JAXAはやぶさ２プロジェクト
小惑星リュウグウの分析
Nature Astronomy (2023)
Nano Letters (2021)

 原子レベルからミクロンオーダーまで、物質・材料の構造だけでなく、電子状態や光をも可視化する電子顕微鏡は、あらゆる分野でなくてはならない解析ツール。

パルス電子顕微鏡による光子誘導近接場イメージング

B. Barwick et al. Nature (2009)2世界最速５秒STEMトモグラフィーの達成
連続傾斜像
生データ

500 nmオーステナイト鋼中の転位

深層学習デノイズ

深層学習アシスト
5秒STEMトモグラフィー「革新材料開発」「ナノ力学」
一般的なSTEMトモグラフィー(データ取得時間：数10分)

Scientific Reports(2021)

 わずか5秒のデータ取得時間であるにもかかわらず、従来取得法のデータと専門家でも見分けが困難なほどの完成度
 STEMトモグラフィーの過去最速取得時間は約6分
 分オーダーで進行する動的現象のナノスケール3次元観察への応用に期待

3

材料焼結の４次元観察
粉末焼結のナノスケール4D観察に成功

350℃

0s

報道

「革新材料開発」「ナノ力学」

50s

150s
100s

100nm

何故、４Dが必要か？

Nanoscale (2023)

 計測データがそのまま連続体モデリングのインプットとなる デジタルツインを創生し、サイバー空間での材料開発へ

4電子顕微鏡による光学分野の研究
半導体中の電子・正孔キャリアの拡散ダイナ
ミクスをサブナノ秒・ナノスケールで計測

表面プラズモンとトポロジーを利用したナノスケールでの光スピンソーティング

東工大、QST
NTT物性科学基礎研究所
City Univ. Hong Kongとの連携成果

ナノスケール
局所励起

空間的・時間的に高密度なキャリア生成

サブナノ秒
キャリア拡散Nano Letters (2021)

Nano Letters (2024)5