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2013

共同利用・共同研究拠点
北海道大学 触媒化学研究センター
Joint Usage/Research Center
Catalysis Research Center, Hokkaido University沿 革

ご 挨 拶 革新的触媒技術のDirectorʼs Address

History

平成元年5月29日 全国共同利用施設の「触媒化学研究センター」（6研究部門）が設置

創出に向けて平成10年4月9日

拡大改組し、基幹研究部門3部門9分野、客員研究部門1部門2分野となる

平成19年4月1日

センター長 福岡1淳

平成25年度を迎えるにあたり、一言ご挨拶を申し上げます。触媒化学研究センターは、昭和18年（1943年）に触媒研究所として発足し、平成元年（1989年）に現在のセンターとして改組されました。本センターの設置目的は、全国共同利用施設として触媒化学に関する研究を行い、かつこの分野の研究に従事する者の利用に供すること、です。この目標達成のために、触媒基礎研究部と触媒ターゲット研究アセンブリにおいて、教授、准教授をはじめとする教員を中心として研究活動を強力に推進していく所存です。新規性・独創性の高い研究を行うことが、当然のことながら最も重要であると考えています。
東日本大震災を受けて平成23年8月に閣議決定された第４期科学技術基本計画におきまして、
エネルギー利用の効率化・スマート化のために、「革新的触媒技術に関する研究開発を促進すること」が謳われております。触媒に対するこれらの社会的要請と学術的要請の高まりを反映し、昨年度は「触媒理論化学研究部門」（純増教員2名）、本年度は実用化基盤技術開発部（純増教員1名）を設置することができたことは大変喜ば
しく思います。
これらの研究活動に加えて、
平成22年度からは「触媒化学研究拠点」として共同利用・共同研究拠点に認定され、公募型共同研究と情報発信事
業により、研究者コミュニティの研究活動に貢献することが求められております。本センターは、これまで多数の共同利用・共同研究と海外での情報発信型シンポジウムを実行して研究者コミュニ
ティの要望に応えてきました。
今年度からは、研究者コミュニティにおける実用化ニーズの技術シーズ化を強化して行きたいと考えております。
さらに、平成22年度からは「統合物質創製化学推進事業」を名古屋大学物質科学国際研究センター、京都大学化学研究所附属元素科学国際研究センター、九州大学先導物質化学研究所とともに行っております。これは、４大学研究機関が連携して、物質合成の先端研究と若手人材育成の推進を目的とした事業です。物質合成の伴は触媒ですので、本センターの参画により「ものづくり」における新しい学術基盤の構築を進めるとともに、それを担う若手研究者の育成を図ります。これまでに多くの若手教員・研究者が本セン
ターを巣立ち、キャリアーアップを果たしているのは嬉しく思います。
触媒化学の学術基盤の強化と革新的技術への展開を行うために、センター構成員が一丸となって全力を尽くす所存ですので、皆様のご支援・ご協力を賜りますようお願い申し上げます。
平成25年4月

At the beginning of the ﬁscal year 2013, I
would like to say a few words. The Catalysis
Research Center (CRC) was founded as the
Research Institute for Catalysis in 1943 andhas been reorganized as CRC in 1989. Our
object ive at t he C RC is t o promot efunda menta l resea rch on cata lysis a ndcontribute to researchers in this ﬁeld. To thisend, our faculty members are powerfully
advancing their original and collaborative
research with novelty and originality.
After the Great East Japan Earthquake, the
Science and Technology Basic Plan has beenrevised at a Cabinet meeting, which includes
t he promot ion of i n novat ive c at a ly t ic
technology for eﬃcient utilization of energy.
Reﬂecting the social and academic demand forcatalysts, it is our great pleasure that we haveestablished “Section of Theoretical Catalytic
Chemistry” (two professor positions) and“Technological Application Division (oneprofessor position)”.
In addition, we have been performing a
program called the “Joint Usage and ResearchCenter,” which allows us to contribute toresearchers from outside, not only throughcollaboration but also through dispersal of
information from our side. We have met theirrequests by doing many collaborative works
and CRC International Symposiums outside.
We also reinforce the transfer of industrial
needs to technological seeds to respond thedemand of our research community.
Moreover, since 2010 we have been doing a
joint program for the “MEXT Project ofIntegrated Research on Chemical Synthesis”
with the Research Center for Materials
Science at Nagoya University, the International
Research Center for Elements Science Institutefor Chemical Research at Kyoto University, andthe Institute for Materials Chemistry andEngineering at Kyushu University. The
purpose of this program is to create a new
ﬁeld of synthetic chemistry and to encourage
young scientists to develop independent
research projects. Catalysis is the key tosynthesizing new organic and inorganic
materials with high performance. It is indeed apleasure that several young researchers have
moved to get higher positions outside.
To reinforce the background of catalytic
chemistry and to encourage its extension to
innovation, we will all do our best and we hopeto have your support.

改組し、触媒ターゲット研究アセンブリ、触媒基礎研究部7研究部門となる

平成22年４月１日

文部科学省の認定する共同利用・共同研究拠点となる

平成24年４月１日

触媒基礎研究部が8研究部門となる

平成25年４月１日

実用化基盤技術開発部を設置

組 織Organization

表面構造化学研究部門
Section of Surface Structure Chemistry

表面分子化学研究部門
Section of Interfacial Spectrochemistry

触媒反応化学研究部門
Section of Catalytic Reaction Chemistry

触媒物質化学研究部門

協議員会

触媒基礎研究部

CouncilFundamental Research Division

Section of Catalytic Materials Chemistry

分子触媒化学研究部門
Section of Molecular Catalysis Chemistry

センター長

実用化基盤技術開発部

Director

Technological Application Division

物質変換化学研究部門
Section of Catalytic Transformation

集合機能化学研究部門
Section of Catalytic Assemblies

運営委員会

触媒ターゲット研究アセンブリ

Steering Committee

Target Oriented Research Assembly

触媒理論化学研究部門
Section of Theoretical Catalytic Chemistry

拠点型

サステナブル触媒研究クラスター

共同利用・共同研究拠点課題等審査専門委員会
Screening Committee for Cooperative Research Projects

Research Cluster for Sustainable Catalyst

展開型

不斉反応場研究クラスター
Research Cluster for Development of
Non-centrochirality As Novel Asymmetric Reactants Media

コーポレートユニット

構造制御表面反応場研究クラスター

Cooperation Unit

Research Cluster of Well-deﬁned Surface
Structures for Precise Reaction Control

エネルギー変換場研究クラスター
Research Cluster of Study for Energy Conversion

バイオインターフェース研究クラスター
Research Cluster of Bio-Interface

分子集積反応場研究クラスター

北キャンパス合同事務部

研究支援技術部

Northern Campus Area Joint Administration

Technical Division

Research Cluster for Reaction Field Based on Molecular Assembly

機能複合型グリーン触媒研究クラスター
Research Cluster for Multifunctional Green Catalysis

光機能性プラズモン粒子研究クラスター

総務担当

Research Cluster for Photofunctional Plasmonic Particles

General Aﬀairs Section
先端有機合成ユニット

事務長
General Secretary

研究協力担当Unit for Advanced Organic Synthesis

Research Cooperation Section

工業光触媒ユニット

会計担当

有機工業触媒ユニット

Accounting Section

Unit for Industrial Photocatalytic System

Unit for Organic Industrial Catalyst

日仏国際連携触媒研究ユニット
Unit of Japan-France Collaborative Research

図書室
Library

April 2013
Director of Catalysis Research Center
Atsushi FUKUOKA
2

セ ン ター 職 員
教センター長 (Director)

触媒基礎研究部

授Directory of the CRC

平成２５年７月１日現在

福岡淳

Atsushi FUKUOKA

011-706-9140 fukuoka@cat.hokudai.ac.jp

物質変換化学研究部門 （総合化学院担当） Section of Catalytic Transformation

Fundamental Research Division
教

表面構造化学研究部門 （工学院担当） Section of Surface Structure Chemistry

教

授

朝倉

清高

准教授

高草木

達

助

有賀

教

寛子

特任助教

上原

津野

Satoru TAKAKUSAGI

Hiroko ARIGA

Hiromitsu UEHARA

011-706-9113
askr@cat.hokudai.ac.jp011-706-9114
takakusa@cat.hokudai.ac.jp011-706-9115
ariga@cat.hokudai.ac.jp011-706-9115
uehara@cat.hokudai.ac.jp

雅俊

准教授

叶

准教授

原

賢二

助

深

助

教

本林

011-706-9136
hara@cat.hokudai.ac.jp011-706-9137
kobayashi.hi@cat.hokudai.ac.jp

触媒理論化学研究部門 （総合化学院担当）
Section of Theoretical Catalytic Chemistry

授

中野

環

准教授

小山

靖人

教

授

長谷川淳也

准教授

011-706-9123
osawam@cat.hokudai.ac.jp011-706-9126
ye@cat.hokudai.ac.jp011-706-9125
kmotobayashi@cat.hokudai.ac.jp

Jun-ya HASEGAWA

Akira NAKAYAMA

011-706-9155
tamaki.nakano@cat.hokudai.ac.jp011-706-9157
yasuhito.koyama@cat.hokudai.ac.jp011-706-9145, 9120
hasegawa@cat.hokudai.ac.jp011-706-9145
nakayama@cat.hokudai.ac.jp

実用化基盤技術開発部

触媒ターゲット研究アセンブリ Target Oriented Research Assembly

機能複合型
グリーン触媒研究クラスター（総合化学院担当）

准教授

エバ＝コワルスカ

助教哲Yasuhito KOYAMATechnological Application
Division

触媒反応化学研究部門 （環境科学院担当） Section of Catalytic Reaction Chemistry

文章

中山

Tamaki NAKANO

健太

Kenta MOTOBAYASHI

大谷広和

011-706-9140
fukuoka@cat.hokudai.ac.jp

勝重

Shen YE授小林Hirokazu KOBAYASHI

011-706-9113
eostsuno@marble.ocn.ne.jp

Masatoshi OSAWA

教

教

Kenji HARA

Section of Catalytic Assemblies

教

大澤

淳

集合機能化学研究部門 （総合化学院担当）

表面分子化学研究部門 （環境科学院担当） Section of Interfacial Spectrochemistry

授

福岡

研究推進
支援教授
Katsushige TSUNO

広充

Kiyotaka ASAKURA

教

授

Atsushi FUKUOKA

高瀬舞

Bunsho OHTANIEwa KOWALSKA

Mai TAKASE

011-706-9132
ohtani@cat.hokudai.ac.jp011-706-9131
kowalska@cat.hokudai.ac.jp011-706-9130
maitakase@cat.hokudai.ac.jp

触媒物質化学研究部門 （総合化学院担当） Section of Catalytic Materials Chemistry

准教授

清水

研一

Ken-ichi SHIMIZU

Research Cluster for
Multifunctional Green Catalysis

011-706-9240
kshimizu@cat.hokudai.ac.jp

研究支援技術部 Technical Division

gijyutu@cat.hokudai.ac.jp

研究支援技術部

教

授

上田

渉

准教授

竹口

竜弥

助

教

村山

研究推進
支援教授
Hideshi HATTORI

徹

Wataru UEDA

Tatsuya TAKEGUCHI

Toru MURAYAMA

011-706-9164
ueda@cat.hokudai.ac.jp011-706-9165
takeguch@cat.hokudai.ac.jp011-706-9119
murayama@cat.hokudai.ac.jp

服部英011-706-9120
hattorih@khaki.plala.or.jp

分子触媒化学研究部門 （生命科学院担当） Section of Molecular Catalysis Chemistry

技術班長

石川

勝久

技術主任

山岸

太平

技術主任

長谷川貴彦

技術主任

向井

慎吾

技術職員

下田

周平

Katsuhisa ISHIKAWA

Taihei YAMAGISHI

Takahiko HASEGAWA

Shingo MUKAI

Shuhei SHIMODA

011-706-9108
katuhisa@cat.hokudai.ac.jp011-706-9107
yamata@cat.hokudai.ac.jp011-706-9108
hsgw@cat.hokudai.ac.jp011-706-9109
mukai@cat.hokudai.ac.jp011-706-9107
s-simoda@cat.hokudai.ac.jp

北キャンパス合同事務部
Northern Campus Area Joint Administration

教

3

授

高橋

保

准教授

小笠原正道

助

教

宋

志毅

Tamotsu TAKAHASHI

Masamichi OGASAWARA

Zhiyi SONG

011-706-9149
tamotsu@cat.hokudai.ac.jp011-706-9154
ogasawar@cat.hokudai.ac.jp011-706-9153
songzhiyi@cat.hokudai.ac.jp

研究推進
支援教授
Jiro KASAHARA

笠原二郎

011-706-9149
jiro.kasahara@cat.hokudai.ac.jp

技術職員

川村

裕介

Yusuke KAWAMURA

011-706-9109
kawa-yu@cat.hokudai.ac.jp

研究支援
推進員
Tetsuzo HABU

𡈽生

哲三

011-706-9108

研究支援
推進員
Kazuhiko MATSUDAIRA

松平和彦

011-706-9109
kma@cat.hokudai.ac.jp

事務長

岩渕

徹也

Tetsuya IWABUCHI

011-706-9101
k-shomu@jimu.hokudai.ac.jp

4■ 触媒基礎研究部

Fundamenta l Re s e a r c h Di v i s i on

触 媒 基 礎 研 究 部 F u n d am e nta l R e s e a r c h D iv is ion
触媒基礎研究部

触媒基礎研究部

表面構造化学研究部門

表面分子化学研究部門

Section of Surface Structure Chemistry

Section of Interfacial Spectrochemistry

http://www.hucc.hokudai.ac.jp/~q16691/index.html

http://www.cat.hokudai.ac.jp/osawa/

表面をみて、つくって、あやつって

固液界面反応動力学の高速振動分光解析と反応制御

Observe, Create and Manipulate Surfaces

Real-time Vibrational Spectroscopic Monitoring and Control of Reaction Dynamics at the Solid/Liquid Interface

朝倉清高 教授（Kiyotaka ASAKURA) 高草木

達 准教授（Satoru TAKAKUSAGI) 有賀寛子 助教（Hiroko ARIGA)

上原

広充 特任助教 (Hiromitsu UEHARA) 津野

勝重 研究推進支援教授 (Katsushige TSUNO)

大澤雅俊 教授（Masatoshi OSAWA） 叶

深 准教授（Shen YE） 本林 健太 助教（Kenta MOTOBAYASHI）

触媒作用を司る固体表面を原子レベルで見て、表面

Our missions are (1) observing the catalytically active

電極界面（固液界面）をはじめとする種々の界面のOur main interest lies in reactions that take place at solid/liquid,の構造や電子状態を解析し、反応機構の解明を行うとsolid surfaces in an atomic level to reveal the reaction

構造ならびにそこでの化学反応過程を分子レベルでsolid/gas, and solid/solid interfaces. IR spectroscopy, sum

ともに、触媒として興味深い表面を作って、反応を操

mechanisms, (2) making the catalytically interesting

frequency generation (SFG), scanning probe microscopy

surface and (3) manipulating the surface reactions.

解析し、応用することを目的に研究を展開している。

るのが研究室のミッションです。

研究手段として、赤外分光、和周波発生（SFG）分光、(STM, AFM), laser spectroscopy, and electrochemical

been investigated to reveal the reaction mechanism by the

走査トンネル顕微鏡、電気化学的手法などを複合化しtechniques have been combined in order to understand thesimultaneous measurements of FT-IR and Quick XAFSて用いている。

reactions on a molecular scale. Surface-enhanced IR (SEIRAS)

たとえば、脱硫触媒として知られるNi 2Pの構造や反応機構の解明をFT-IR、QXAFS同時測定法や単結晶
Ni 2Pによる原子レベルSTM観察、DFT計算で明らかにしています。
燃料電池触媒の研究に取り組み、動作環境における表面構造の変化や電子状態の変化、高速電子移動のNi2P, a new class of hydrodesulfurization catalyst has

under working conditions, by the atomic resolution STM
observation on the single crystal Ni 2P and by the DFT
calculations.
Fuel cell is another target. We have developed super high

主な研究テーマは、（1）固液界面構造と分子吸着挙

developed in our laboratory enables fast time-resolved

動解析、（ 2）電極表面反応ダイナミクスの高速時間分

reaction monitoring. The main subjects are (1) dynamics

解分光解析、（3）燃料電池を志向した電極触媒反応機

of molecular adsorption at the electro-chemical interface,

解明に取り組んでいます。とくに、表面蛍光XAFS法

sensitivity fluorescence XAFS methods, which attain

構の解明、（ 4）機能性有機超薄膜の構築と構造・機能(2) electrode kinetics and dynamics, (3) mechanism ofの高感度化をこころみ、溶液存在下で従来の2桁以上

double-digit improvement in sensitivity under the presence

解析、（5）SFGによる有機超薄膜の構造解析、（6）バイ

electro-catalysis for fuel cells, (4) self-assembly of ultra-thinの感度向上を達成しました。
（図1）of the solution (Fig. 1).

オポリマー表面における水素結合と生体適合性とのorganic and inorganic films and its applications, (5)相互、などである。

structural analysis of ultrathin organic films and interfaces

こうした研究を支える顕微鏡法や分光法の開発もWe are challenging to develop new surface analysis

行っています。3D PEEM, 化学マッピングPEEM(図methods. We are now developing 3D PEEM, ambient/solution２), 大気圧・溶液PEEM(図２)、生物用PEEMを共同開

PEEM, Chemical mapping PEEM, and BioPEEM under

発し、新しい量子ビームである陽電子、ミュオン、自由

the collaboration with companies (Fig. 2). We are also

をリアルタイムに追跡するところにある。表面増強赤電子レーザを触媒に応用し、今まで見ることのできな

focusing on the introduction of new quantum beam

外分光という超高感度表面分光の開発がそれを可能かった最表面構造、欠陥やfs時間分解観察を実現しよ

techniques to catalysis fields such as positron, muon andにしている。

うとしています。見ることで、21世紀の表面科学に貢free electron laser, which will be powerful tools to reveal

献します。

当研究室の研究の特徴は、反応が進行している界面

by SGF, and (6) hydrogen bonding at bio-polymer surfaces
and bio-compatibility.

the topmost surface structures, the structures andproperties of defects, and fs time resolution structurechange of the surface.

SEIRAS

Fig. 1 A super high sensitive XAFS measurement system and Pt L3 edgeXAFS spectra of Pt nanoparticles on HOPG in the presence of water.

5

Fig. 2 A new EXPEEM instrument and Au islands photoelectron
image using an ambient pressure cell.

SFG

6■ 触媒基礎研究部

Fundamenta l Re s e a r c h Di v i s i on

触媒物質化学研究部門

Section of Catalytic Reaction Chemistry

Section of Catalytic Materials Chemistry

http://www.hucc.hokudai.ac.jp/~k15391/

http://www.cat.hokudai.ac.jp/ueda/

機能性微粒子の設計・調製と化学反応系への応用

触媒酸化制御によるアルカン資源利用、環境対策、エネルギー
新変換技術の構築

Design, Fabrication and Application of Functionalized Particles

触媒基礎研究部

触媒基礎研究部

触媒反応化学研究部門

Designing Mixed Metal Oxides for Oxidation Catalysis
大谷文章 教授（Bunsho OHTANI） エバ＝コワルスカ 准教授（Ewa KOWALSKA） 高瀬

舞 助教（Mai TAKASE）
上田

渉 教授（Wataru UEDA） 竹口竜弥 准教授（Tatsuya TAKEGUCHI）

村山徹 助教（Toru MURAYAMA） 服部

英 研究推進支援教授（Hideshi HATTORI）

触媒あるいは光触媒などをはじめとするさまざま

We are aiming to design and fabricate functionalized

な化学機能をもつ微粒子の設計と調製、評価をおこな

micro-/nano-particles and apply them to chemical reaction

触媒酸素酸化反応制御をメインテーマに、1）結晶性

Our research activity focuses on catalytic oxidation over

うとともに、それらを化学反応系に応用することをめsystems for efficient use of energy and resources. Recent

複合金属酸化物触媒材料を用いたアルカン類の高難mixed metal oxides, mainly in order to develop (1) processes

ざしている。具体的には、（ 1）高効率な光触媒反応系

achievements include (1) development of analytical methods,

度選択酸化反応、2）複合酸化物を用いた固体酸触媒

for alkane selective oxidation, (2) solid acid catalystsの構築を目的として、作用スペクトル解析法および二action spectrum analyses and double-beam photoacousticの開発、3）燃焼エネルギーを電気エネルギーに直接

composed of 4, 5, and 6 group transition metals, and (3) fuel

重励起光音響分光法を開発し、微粒子光触媒の設計

spectroscopy for evaluating photocatalyst particles for the

変換する新しい燃料電池電解質材料や触媒材料の開cell systems with new types of electrolyte. For these

指針および反応機構に関する知見をえた。
（2）新規な

purpose of designing a highly active photocatalyst; (2)発を行っている。この目的のためには、マクロからナ

purposes, it is highly necessary to control structures of

精密制御気相法チタニア合成装置を開発し、世界最高

preparation of highly active titanium (IV) oxide (titania)

ノ、原子レベルまで高度に組織制御、機能制御された

metal oxide materials from atomic level to macro size level,

性能の十面体形状アナタースチタニア光触媒を調製

photocatalyst particles using a newly developed gas-phase

金属酸化物材料の創製が必須で、そのための設計原and we are therefore trying to establish a new catalyst design

することに成功した（図1）。
（3）金微粒子担持酸化チタ

reactor (Fig. 1); (3) development of a visible-light responsive

理や方法論を展開している。

concept and methodology.

ン光触媒を開発し、従来の半導体光触媒反応系におgold-loaded titania photocatalyst particles driven by surface1）の研究では高次組織形成のためのユニット合成

First, we have demonstrated unit synthesis methodology

けるバンドギャップ吸収ではなく、金の表面プラズモ

plasmon resonance absorption of gold; (4) development ofやヘテロポリ酸合成を展開し、ミクロ細孔構造を有す

where heteropoly-type compounds condense with linkers to

ン共鳴吸収にもとづく新規な可視光誘起光触媒反応

metal oxide particles with micro-macro hierarchical structure

る結晶性Mo-V-O触媒の調製に成功している。この触form high-dimensional structure arrangements under系を開発した。
（4）水熱処理などの方法を駆使して、ミ

through processes such as hydrothermal treatment of

媒は、プロパン選択酸化によるアクリル酸合成やエタhydrothermal condition. Mo-V-O based catalysts prepared

クロな結晶構造およびマクロな集合構造を規制した

substrates (Fig. 2), which show relatively high level of

ン酸化による酢酸合成の反応素段階を効率良く促進by this way showed micro-porosity and multi-catalytic

金属酸化物微粒子を調製し（図2）、その高い可視光誘

photocatalytic activity under visible-light irradiation.

する複数の触媒機能が構造集積している。2）では複functions for alkane selective oxidation. Second, the

合酸化物触媒を用い、バイオマス連産品であるグリセ

complex metal oxides based on transition metals such as W,

ロール転換反応、およびエタノール転換反応を行ってTa, Nb showed high catalytic activity for the glycerol andいる。3）では触 媒 酸化のエネルギーを電 気 エネル

ethanol conversion. Third, we recently succeeded in

ギーとして取り出す燃料電池用新規固体電解質や非constructing a new system that converts catalytic oxidation

貴金属の酸化触媒の開発を進めている。

chemical energy to electric energy using a layer-structured

起光触媒活性を確認した。

metal oxide electrolyte in fuel cell units.

Fig. 1

7

Fig. 2

Fig. 1 Formation of unit-network to create high dimensional solid
catalysts

Fig. 2 New type of alkaline fuel cells based on complex metaloxides8■ 触媒基礎研究部

Fundamenta l Re s e a r c h Di v i s i on

物質変換化学研究部門

Section of Molecular Catalysis Chemistry

Section of Catalytic Transformation

http://www.cat.hokudai.ac.jp/takahashi/

http://www.cat.hokudai.ac.jp/fukuoka/

有機金属化学を駆使して、新たな炭素骨格構築反応の開発を目指す！

固体触媒の分子設計と再生可能エネルギー・資源のための触媒反応開発

Toward Novel Carbon-Carbon Bond Formation by Organometallic Chemistry

Molecular Design of Heterogeneous Catalysts and Application to Conversion of Renewable Resources高橋笠原

保 教授（Tamotsu TAKAHASHI） 小笠原正道 准教授（Masamichi OGASAWARA） 宋

福岡淳 教授 (Atsushi FUKUOKA)

原

賢二 准教授 (Kenji HARA)小林広和 助教 (Hirokazu KOBAYASHI)

二郎 研究推進支援教授（Jiro KASAHARA）

当研究室では従来より、様々な遷移金属試薬/触媒

Cleavage/formation of carbon-carbon bonds in organic

本部門では、分子レベルで設計した固体触媒を再生

Our strategy is preparation of heterogeneous catalystsを用いた新規有機合成反応の開発を行っており、古典

molecules have been a major challenge in synthetic organic

可能資源の変換反応の開発に応用している。一例としbased on precise design at molecular level and their

的な有機化学においては困難とされてきた様々な炭

chemistry. By utilizing transition–metal reagents

orて、非食料の植物バイオマス（セルロース、ヘミセル

applications to the conversion of renewable resources. One

素骨格変換反応/立体選択的反応を見出している。

catalysts, our research group has developed such reactions

ロース、リグニン）を分解して、糖化合物や芳香族化合

example is the catalytic degradation of plant biomass

with unique modes of C-C bond cleavage/formation or物などの有用化学品に変換する固体触媒の研究を進(cellulose, hemicellulose and lignin) to value-added

基は補助配位子として機能し、反応場を制御することinteresting stereoselectivity.

めている。最近、セルロースを単純な活性炭と混合粉

chemicals (sugars and aromatics). Recently, we found that

はあっても反応生成物中に取り込まれることは希であCyclopentadienyls in metallocene species are usually

砕することによって、非常に低濃 度の塩 酸中でグル

mix-milling of cellulose and activated carbon affords highる。ジルコナシクロペンタジエン錯体を四塩化チタン

functioning as ancillary ligands and rarely involved in the final

コースを高収率で得る手法を開発した（図1）。炭素触

yield of glucose from cellulose in a very low concentration

で処理すると、置換シクロペンタジエニル配位子とジorganic products at the metallocene-mediated transformations.

媒のさらなる高活性化ならびに作用機構の解明をめ

of HCl solution (Fig. 1). Further improvement in catalytic

エン部位が効率良くカップリングし、様々な置換基をIt was found recently that treatment of various

ざしている。

activity and the reaction mechanism are now under有するインデン、あるいはフルオレン誘導体が高収率

zirconacyclopentadiene species with titanium (IV) chloride

また、メソポーラスシリカ担持白金触媒Pt/MCM-41で得られることを見出した（Scheme 1）。

facilitated coupling reactions between a η5-cyclopentadienylが非常に高い効率でエチレンを除去することを見出しAnother recent finding in our group includes high catalytic

不斉モリブデン触媒を利用したメタセシス反応によ(or η -indenyl) ligand and the dienic moiety to afford theた。この触媒系では、0℃の低温下においても50ppm

performance of Pt nanoparticles on mesoporous silica

り、面不斉を有する（π-アレーン）クロム錯体を高エナ

corresponding indene (or fluorene) derivatives in high yieldsという低濃度のエチレンが完全に除去されること、加(Pt/MCM-41) in oxidation of ethylene. The catalyst

ンチオ選択的に速度論分割する反応の開発にも成功(Scheme 1).

熱によって触媒の繰り返し利用が可能であることを確

completely oxidizes a low concentration (50 ppm) of ethylene

している（Scheme2）。この反応は、触媒的不斉合成
a)Kinetic resolution of a racemic planar-chiral (π-arene)chromium

認した（図2）。反応機構の解明や他の揮発性有機化

even at 0°C and exhibits its durability and reusability (Fig.

手法により光学活性面不斉化合物を得る非常にまれ

complex by Mo-catalyzed ring-closing metathesis was

合物(VOC)を除去する触媒の開発を行っている。

2). The current research is focusing on mechanistic studiesな例である。

realized (Scheme 2). This is a rare example of catalytic

一般にメタロセン錯体中のシクロペンタジエニルc)

Scheme 1. Coupling of R-Cp or Indenyl Ligand with Diene Moiety of
Zirconacyclopentadienes.

9

志毅 助教（Zhiyi SONG）

触媒基礎研究部

触媒基礎研究部

分子触媒化学研究部門

5

investigation.

and oxidation of other volatile organic compounds (VOC).

asymmetric induction of planar chirality in transition-metal
complexes.

Scheme 2. Molybdenum-Catalyzed Kinetic Resolution of Planar-Chiral(π-Arene)chromium Complex.

Fig. 1 Hydrolysis of cellulose catalyzed by activated carbon.

Fig. 2 Low-temperature oxidation of ethylene over Pt/MCM-41.

10■ 触媒基礎研究部

Fundamenta l Re s e a r c h Di v i s i on

触媒理論化学研究部門

Section of Catalytic Assemblies

Section of Theoretical Catalytic Chemistry

http://polymer.cat.hokudai.ac.jp/

http://www.cat.hokudai.ac.jp/hasegawa/

高分子・超分子の精密構造制御による機能性材料の開発

複雑分子系の理論化学計算手法の開発と触媒反応への応用

Regulation of Polymer and Supramolecular System Structures Leading to Advanced Materials

Development of Theoretical and Computational Methods for Complex
Molecular Systems and Application to Catalytic Reactions

中野

環 教授 (Tamaki NAKANO)小山

触媒基礎研究部

触媒基礎研究部

集合機能化学研究部門

靖人 准教授 (Yasuhito KOYAMA)
長谷川淳也 教授 (Jun-ya HASEGAWA) 中山

哲 准教授 (Akira NAKAYAMA)

当部門では構造制御された高分子および超分子をWe aim at applying polymers and supramolecules with

触媒反応のメカニズムを解明するためには、複雑なCatalytic systems are often complex in electronic structure,

合成し、先端材料として応用することを目指している。

highly regulated structures for advanced materials.

触媒分子系の電子構造、分子構造、周辺環境との相互

chemical structure, and interactions with environment. To

重合触媒およびモノマー構造の設計により、らせん高Controlled structures include helix, π-stacked conformation,

作用を明らかにする必要があり、既存の方法を越えた

understand catalytic mechanism, theoretical and computational

分子、π-スタック型高分子、ハイパーブランチ型高分子

and hyperbranched morph. Regulation also encompasses

理論・計算手法の開発が求められている。我々はこれ

methods have to overcome these complexities. We haveなどの分子構造および高次構造を制御している。加えhigher-ordered ones consisting of multiple chains. In addition,

まで、複雑な構造を持つ分子系に応用できる計算手

developed a hybrid method that combines a high-level electronicて、液晶などの分子間構造制御法も開発している。こnovel

法として、高精度励起状態理論と分子力学のハイブ

structure theory and molecular mechanics and applied toれらにより、光機能、電子機能、キラル機能、触媒機能

structures have been developed.

リッド法を開発し、ヒト色覚（図１)や蛍光蛋白質など

color-tuning mechanisms in human visual pigments (Fig. 1) and等の高度な機能を発現する新物質・材料の創成を目指

Fig. 1 indicates the structure of poly (dibenzofulvene) havingの光機能性蛋白質の解析を行い、光吸収・発光波長のfluorescent proteins. To more accurately describe cooperative

している。

a π-stacked conformation. This polymer is the first

制御メカニズムを明らかにした。分子環境との協同効

effect with environment, we have also proposed a wave function

図1はπスタック型構造を有するポリジベンゾフル

π-stacked vinyl polymer: we have succeeded in synthesis

果をより定量的に記述するため、周辺環境との分子間model (Fig. 2).

ベンの構造を示す。当研究室で初めてπスタック型構

and structural elucidation of this structure for the first

相互作用を記述するための波動関数モデル（図２）のOur section also conducts computational analysis of catalytic

造をビニルポリマーに対して制御することに成功しtime. Based on this regulated structure, this polymer構築も行っている。

reactions in collaborative studies with experimental groups. For

た。この特異な立体構造に基づいて、このポリマーはshows valuable photo electronic properties that have been

また、当研究部門では、実験研究者との共同研究を

investigating catalysts with complex and flexible structures, we

興味深い光・電子物性を示す。光電子物性は主鎖共役

thought to be unique to main-chain conjugated polymers.

実施しており、ポテンシャル面の量子化学計算に基づ

are developing a quantum chemical model that incorporates

系高分子にのみ特異的なものと考えられていたが、ビThis work is a major breakthrough for utilization of vinyl

き、触媒反応メカニズムに関する解析を行っている。

structural fluctuations.

ニルポリマーの構造制御によってより優れた材料が開a)b)polymers for photo electronic materials.

複雑な分子構造を持つ触媒を取り扱うために、構造揺

liquidcrystalswith

発できること明らかにした。

orderedintramolecular

らぎを考慮した量子化学計算手法の開発を行っている。
c)Fig. 1 Structure of poly(dibenzofulvene), the first π-stackde vinyl polymer.

11

Fig. 1 Key amino acids important for human color vision.

Fig. 2 A wave function model for molecular environment.

12

Target O ri ent ed Re s e a r c h As s e m bl y

触媒 タ ーゲ ッ ト 研 究 アセンブリ Ta r ge t Or ie nte d R e s e a r c h A s semb l y

サステナブル触媒研究クラスター

拠点型
CentralResearch
SectionResearch Cluster for Sustainable Catalyst
http://www.cat.hokudai.ac.jp/, http://133.50.165.193/catdb/

触媒化学研究拠点事業の推進

不斉反応場クラスター

展開型

Extensive
Research Cluster for Development of Non-centrochirality As Novel Asymmetric Reactants Media Research
Sectionhttp://www.cat.hokudai.ac.jp/takahashi/「非中心不斉」化合物の不斉合成、不斉反応場としての応用を目指す

Promoting Catalysis Research on the Basis of a Collaboration Framework

Development of Novel Application of “Non-Centrochirality” in Stereoselective Reactions

Cluster Leader： 上田

Cluster Leader： 小笠原正道（Masamichi OGASAWARA）

渉 （Wataru UEDA）

Member： 朝倉

清高 (Kiyotaka ASAKURA, CRC, Hokkaido Univ.)

福岡

淳 (Atsushi FUKUOKA,CRC,Hokkaido Univ.)

大澤雅俊 (Masatoshi OSAWA,CRC,Hokkaido Univ.)

中野

環 (Tamaki NAKANO, CRC, Hokkaido Univ.)大谷

文章 (Bunsho OHTANI,CRC,Hokkaido Univ. )長谷川淳也 (Jun-ya HASEGAWA, CRC, Hokkaido Univ.)

高橋保 (Tamotsu TAKAHASHI, CRC, Hokkaido Univ.)

持続可能社会の構築に向け、その鍵となる触媒化学清水研一 (Ken-ichi SHIMIZU, CRC, Hokkaido Univ.)For

realizing

Member： 柴田

哲男 (Norio SHIBATA, Nagoya Institute of Technology)吉田

野村

琴広 (Kotohiro NOMURA, Tokyo Metropolitan Univ.)

和弘 (Kazuhiro YOSHIDA, Chiba Univ.)

神川憲 (Ken KAMIKAWA, Osaka Prefecture Univ.)

西原康師 (Yasushi NISHIHARA ,Okayama Univ.)阿部竜 (Ryu ABE, Kyoto Univ.)中島

誠 (Makoto NAKAJIMA, Kumamoto Univ.)

中野

環 (Tamaki NAKANO, CRC, Hokkaido Univ.)

本研 究では、軸 不 斉、面 不 斉、螺 旋 不 斉といったPurposes of this research project are development of novel

技術の先端研究を推進する。全国の研究者コミュニdevelopment of catalysis chemistry is indispensable. This

「非中心不斉」を有する化合物の効率的な不斉合成

methods of inducing “non-centrochirality”, which includes

ティーとの協力研究体制の提案と構築、触媒化学の体

cluster is aiming at collaboration and/or fusion of current法の開発、およびそれらのキラル化合物の不斉試薬、

axial-, planar-, or helical-chirality, by the use of系化、全国の研究者の情報共有のためのネットワーク

catalytic studies as well as the development of new

不斉触媒、不斉反応場としての応用を目的とする。

transition-metal-catalyzed構築など、触媒化学研究拠点として独自な事業を行う。

catalytic science and technologies like catalytic biomass

立体選択的合成手法、とりわけエナンチオ選択的合

application of such non-centrally chiral molecules in①サステナブル触媒事業

conversion and also new catalyst characterization methodology

成反応の開発は近年の合成化学における最も重要な

asymmetric transformations as chiral reagents, catalysts,

持続可能な社会に向けた技術革新を可能とする

through networking of researchers in catalytic science and

課題の一つであり、活発な研究が行われている。しかor media.

新しいエネルギー・資源・物質変換の触媒化学・技

related fields. This collaboration framework provides

しながら、この分野の従来の報告例のほとんどは、炭Development of novel enantio-selective reactions has

術研究を推進する。

chances for the researchers to make global collaboration for

素上に中心不斉を誘起するものであり、「非中心不been an area of extensively studied in recent synthetic

discussing problems in catalytic studies, and for making

斉」を有する化合物の触媒的不斉合成の成功例は非organic chemistry. In spite of importance of axially and/orinternational proposals relating to chemistry and catalytic

常に限られている。一方、軸不斉・面不斉を有する化

planarly chiral compounds in this field, most of the reports

触媒開発支援をする。

science. We also plan to systematize known catalytic

合物は、不斉合成反応における効果的なキラル・テン

feature construction of tertiary or quaternary stereogenic③触媒データベース事業

chemistry and technologies by making database and to use

プレートであることが知られている。すなわち、「非中

carbons and asymmetric synthesis of compounds with

the information for education and training of researchers in

心不斉化合物」の不斉合成は、潜在的な「不斉触媒種

non-centrochirality is extremely rare. We are going to challenge

the field of catalysis.

（あるいはその前駆体）」の不斉合成ととらえること

this relatively unexplored area, which will potentially beができる。

“catalytic asymmetric synthesis of asymmetric catalysts”.

②触媒高度実践研修プログラム事業
統合的触媒研究体制のもと、研究者の人材育成、

複雑に進化する触媒に関係する膨大な科学技術の体系化、触媒データベースを構築する。
④触媒ライブラリー事業

sustainable

society,highasymmetric

reactions

触媒ターゲット研究アセンブリ

触媒ターゲット研究アセンブリ

level

a

and

触媒提供により研究を加速させる。

Figure. 1 Top page view of the web site of catalyst database

13

Scheme. 1 Kinetic Resolution of Racemic Planar-Chiral (Arene)chromium Complexes by Molybdenum-Catalyzed Asymmetric InterannularRing-Closing Metathesis.

14

■ 触媒ターゲット研究アセンブリ

Target O ri ent ed Re s e a r c h As s e m bl y

構造制御表面反応場研究クラスター

展開型

Extensive
Research Cluster of Well-defined Surface Structures for Precise Reaction Control Research
Sectionhttp://www.hucc.hokudai.ac.jp/~q16691/index.html

エネルギー変換場研究クラスター
Research Cluster of Study for Energy Conversion
http://www.cat.hokudai.ac.jp/ueda/index.htm

構造の制御された表面反応場をつくる、みる

次世代の効率的なエネルギー変換システムの確立に向けて

Create and Observe Well-defined Surface Structures for Precise Reaction Control

Realization of Efficient Energy Conversion for Next Generation

Cluster Leader： 高草木

Cluster Leader： 竹口

Member： 上田達（Satoru TAKAKUSAGI）

渉 (Wataru UEDA, CRC, Hokkaido Univ.)田

旺帝 (Wan-Jae CHUN, International Christian Univ.)

原賢二 (Kenji HARA, CRC, Hokkaido Univ.)近藤

敏啓 (Toshihiro KONDO, Ochanomizu Univ.)佃

達哉 (Tatsuya TSUKUDA, The Univ. of Tokyo)

鈴木

秀士 (Shushi SUZUKI, Nagoya Univ.)

今西

哲士 (Akihito IMANISHI, Osaka Univ.)松本

祐司 (Yuji MATSUMOTO, Tohoku Univ.)

魚崎

浩平 (Kohei UOSAKI, MANA, NIMS)

Gates Bruce C. (Univ. of California)

The objective of our research group is to createwell-definedや金属で様々に修飾することで、well-deﬁnedな表面

active surface structures by modifying oxide single crystal

反応場を構築する。走査型トンネル顕微鏡（STM）や

surfaceswith various functional molecules and metals.

偏光全反射蛍光XAFS法を用いて原子・分子レベルでThey are characterized at an atomic level by usingの幾何・電子構造評価を行うとともに、実際に触媒活

advanced surface science techniques such as STM and性を測定することで活性発現の起源を明らかにし、活PTRF-XAFS to elucidate the origin of the catalytic activity.

性サイトの合理的設計のための指針を得る。
例えば酸化物上の金属ナノ粒子は担持金属触媒をWe are now focusing on metal nanoclusters on oxide surfaces
because they are technologically important as oxide-supported

はじめ、センター、電子デバイスなど様々な材料に応

metal catalysts, sensors, and electronic devices. It is not easy to

用されているが、凝集が起こりやすく、微少クラスター

prepare homogeneous subnanometer-sized clusters on oxides（サイズが1nm以下）を均一に十分な量担持すること

because they are easily aggregated to form large clustersが難しい。しかし酸化物表面を、あらかじめ金属と強although they are expected as the next generation catalysts

く相互作用する官能基を有する機能性分子で修飾すor devices. We succeeded in preparing an atomically

ることで、図１のように金 属を単原子状に分散でき

dispersed metal species by premodifying an oxide surface

る。機能性分子の被覆率と金属の導入量を変化させwith functional molecules before metal deposition (Fig. 1),

ることで、サイズを制御した微小クラスターの調製がwhich may enable precise size control of subnanometer-sized

可能になると期待できる。

clusters by controlling densities of the functional moleculeand the deposited metal.

竜弥 (Tatsuya TAKEGUCHI)

淳 (Atsushi FUKUOKA, CRC, Hokkaido Univ.)

山内

美穂 (Miho YAMAUCHI, Kyushu Univ.)

叶深 (Shen YE, CRC, Hokkaido Univ.)

定金

正洋 (Masahiro SADAKANE, Hiroshima Univ.)

幅﨑

浩樹 (Hiroki HABAZAKI, Hokkaido Univ.)

山中俊朗 (Toshiro YAMANAKA, Kyoto Univ.)

向井紳 (Shin MUKAI, Hokkaido Univ.)

細川三郎 (Saburo HOSOKAWA, Kyoto Univ.)

本橋輝樹 (Teruki MOTOHASHI, Hokkaido Univ.)

上村

正昭 (Masaaki UEMURA, UECO)荻野

勲 (Isao OGINO, Hokkaido Univ.)

室田

忠俊 (Tadatoshi MUROTA, Santoku Corporation)

辻悦司 (Etsuji TSUJI, Hokkaido Univ.)

内本

喜晴 (Yoshiharu UCHIMOTO, Kyoto Univ.)阿部竜 (Ryu ABE, Kyoto Univ.)

本クラスターでは、アルカリ形燃料電池（AFC）およIn this cluster, electrocatalysts for alkaline fuel cell (AFC),

び固体高分子形燃料電池（PEFC）の電極触媒、金属／

polymer electrolyte fuel cell (PEFC), and air electrode for

空気二次電池の空気極の開発を行っている。最も応用が進んでいる家庭用のPEFCシステムについて、アノー
ドのCO耐性の機構について、本クラスターで得られmetal-air buttery are developed. For the residential PEFC
system, the mechanism of CO tolerance was investigated.
The rate of CO oxidation reaction (rCO2) is proportional toθCO(Pt−Ru) θOH(Ru)exp(aE) , where a and E are a constant

た結果を説明する。CO耐性の反応機構は、電気化学

and anode potential, respectively. Logarithms of conversion

な二元機能機構で説明されてきた。しかし、アノード電

rate (∝ rCO2/PCO) divided by I2 were plotted against anode位0.35V以下では、COは電気化学には酸化されない。

potential (E) to investigate the effect of anode potential on

実際の燃料電池の作動条件でのアノード電位は0.2V

CO electrooxidation in an MEA under operation conditions.

以下であり、0.35Vよりもかなり低い。CO酸化の反応

The ln(rCO2/PCOI2) values seem to be independent of anode

速度(rCO2) は、θCO(Pt-Ru) θOH(Ru) exp(aE)に比例∝ θCO(Pt- Ru) θOH(Ru) exp(

Log ( CO2 /
( = /

CO

2

)=

)∝

CO

2

exp(

potential of E Catalytic shift reaction contributes to CO
tolerance.

する。
ここでaは定数でEはアノード電位である。
CO2

触媒ターゲット研究アセンブリ

触媒ターゲット研究アセンブリ

構造の規定された酸化物単結晶表面を機能性分子

Member： 福岡

展開型

Extensive
Research
Section)+ const, : Faraday constant)

CO 2生成速度を 2で割ったもの対数を、アノード電位に対してプロットした。Log (rCO2 /PCO 2) はアノード電位Eに依存しなかった。したがって、CO耐性には、電気化学酸化でなく、触媒反応であるシフト反応の重要性が示された。

Fig. 1 Atomically dispersed Au on
TiO2(110) premodified with o-MBA(mercaptobenzoic acid) molecules.

15

CO2 生成速度のアノード電圧依存性
Pt-Ru/C(RM) ( ), Pt-Ru/C(CM) , ( )Dependence of CO2 formation rate on anode potential16

■ 触媒ターゲット研究アセンブリ

Target O ri ent ed Re s e a r c h As s e m bl y

バイオインターフェース研究クラスター
Research Cluster of Bio-Interface
http://www.cat.hokudai.ac.jp/osawa/member/ye

展開型
Extensive
Research
Section

生体界面の分子構造を高感度で追跡する
Exploring the Bio-Interface in a Molecular Sensitivity

分子集積反応場研究クラスター
Research Cluster for Reaction Field Based on Molecular Assembly
http://www.cat.hokudai.ac.jp/fukuoka/index.html

展開型
Extensive
Research
Section

緻密な分子設計と精密に構造制御した表面上の分子集合体を利用した
触媒反応場の構築を行う
Innovative Research Based on Precise Design and Preparation of Molecular Assemblies on Surfaces

Cluster Leader： 叶
Member： 村越今堀葉深 (Shen YE)

敬 (Kei MURAKOSHI, Hokkaido Univ.)

佐々木 陽一 (Youichi SASAKI, Hokkaido Univ.)

博 (Hiroshi IMAHORI, Kyoto Univ.)

Zhan CHEN (Department of Chemistry, Univ. of Michigan）

金花 (Jinhua YE, National Institute for Materials Science)

Cluster Leader： 原Member： 大西賢二 （Kenji HARA）

洋 (Hiroshi OHNISHI, Kobe Univ.)田

旺帝 (Wan-Jae CHUN, International Christian Univ.)

Marek PRUSKI (U.S. DOE Ames Lab. and Iowa State Univ.)

加藤浩之 (Hiroyuki KATO, Osaka Univ.)

魚崎

浩平 (Kohei UOSAKI, MANA, NIMS)

原

正大 (Masahiro HARA, Kumamoto Univ.)佃

達哉 (Tatsuya TSUKUDA, The Univ. of Tokyo)

陳

林祈 (Lin-Chi CHEN, National Taiwan Univ.)朝倉清高 (Kiyotaka ASAKURA, CRC, Hokkaido Univ.)

Molecular structure at interface and surface plays

性・物性を左右する重要な要素である。我々は、和周

important roles in functionality and property of materials.

波発生（SFG）振動分光法や原子間力顕微鏡（AFM）

Our research interest is focused on the elucidation ofなどの手法を用い、生体膜や機能性マテリアルの界面

relation between the functionality and the molecular

高効率・低環境負荷の物質変換プロセスが希求され

The aim of our research cluster is to establish a novel

分子構造の解明を通じて、その機能性発現の機構を

structures on the surface or interfaces of different

る現在、触媒化学が果たすべき役割は大きく、従来のmethodology for catalyst preparation which was based on

分子レベルで解明し、新しい機能性材料の構造設計

bio-membranes and functional materials at molecular level

学問分野の枠組みを超えた新しい触媒設計の概念がmolecular assemblies of designed molecules on definedに情報提供を目指す。タンパク質や酵素などの様々なusing sum frequency generation (SFG) spectroscopy and

必要であろう。本研究クラスターでは、構造が規定さ生体分子との反応に伴い、生体膜界面の分子構造及

atomic force microscope (AFM). We are studying the

れた表面上に緻密に設計を施した有機分子を精密にび形状変化についてその場で高感度に追跡し、バイオhydrolysis reaction of phospholipid bilayer catalyzed by

集積することによって特異な触媒反応場を構築する

インターフェースでの化学反応の反応機構の理解を目

phospholipase A 2 enzyme and the phase transition process手法を開発する（図1）。これにより、環境・エネルギー・

and on development of catalyst system for efficient medical指す。また、リチウムイオン電池など二次電池の電極

of the cell membranes. We are also interested in the

資源・健康医療問題の解決に貢献し得るシーズ技術のchemicals synthesis.

と有機電解質溶液との界面構造を研究し、新しい機

structures on the electrode/ solution interface in the Li-ion確立を行う。特に、簡便かつ系統的なスクリーニング

Based on the achievements through this study, we will prepare

能性電極触媒材料の開発も行っている。

battery to establish the base to develop new electrodeを可能にすることにより医薬品の効率的合成に貢献

the molecular assemblies on various nanomaterials. Applicationmaterials.

する触媒デバイスの構築や生体内の酵素に類似の多for molecular-based devices will be also investigated.

Santiago SANCHEZ-CORTES (Institute of Structure of the Matter. CSIC)

核活性金属中心の人工構築に挑戦する。
これらの研究の知見を踏まえて、種々のナノ構造体

触媒ターゲット研究アセンブリ

触媒ターゲット研究アセンブリ

物質の表面や界面における分子構造が物質の機能

surfaces (Fig. 1). We herein expect unique catalytic functions
which can contribute to problems in environmental, energy
and resource, or health and medical issues. Especially, we
focus on catalyst system of enzyme-like multi-metal centers

Our approach will combine catalysis study, organic chemistry
and surface science into a new interdisciplinary research field.

の表面上での反応場設計や有機単分子層のデバイスとしての応用にも挑戦する。
本研究クラスターで得られた成果を触媒化学、有機
化学、表面科学を融合した新しい学問領域の開拓につなげる。

Fig. 1 Scheme for Sum Frequency Generation (SFG) Probe on Bio-interface.

17

Fig. 1 Enabling Transition Metal Catalysis via Synergistic Effect by Self-Assembled Monolayer.

18

■ 触媒ターゲット研究アセンブリ

Target O ri ent ed Re s e a r c h As s e m bl y

機能複合型グリーン触媒研究クラスター
Research Cluster for Multifunctional Green Catalysis
http://www.cat.hokudai.ac.jp/green.html

展開型
Extensive
Research
Section

光機能性プラズモン粒子研究クラスター
Research Cluster for Photofunctional Plasmonic Particles
http://www.hucc.hokudai.ac.jp/~k15391/

化学品合成・環境浄化に有効な固体触媒を設計する

環境浄化用プラズモン励起型光触媒の開発

Catalyst Design for Organic Synthesis and Pollution Control

Development of Plasmonic Photocatalysts for Environmental Applications

Cluster Leader： 清水

Cluster Leader： エバ＝コワルスカ (Ewa KOWALSKA)

Member： 上田

研一 (Ken-ichi SHIMIZU)

渉（Wataru UEDA, CRC, Hokkaido Univ.）

原賢二（Kenji HARA, CRC, Hokkaido Univ.）朝倉清高（Kiyotaka ASAKURA, CRC, Hokkaido Univ.）

神谷裕一（Yuuichi KAMIYA, Hokkaido Univ.）大谷

文章（Bunsho OHTANI, CRC, Hokkaido Univ.）

薩摩篤（Atsushi SATSUMA, Nagoya Univ.）

竹口竜弥（Tatsuya TAKEGUCHI, CRC, Hokkaido Univ.）

沢邊恭一（Kyoichi SAWABE, Nagoya Univ.）

小笠原正道（Masamichi OGASAWARA, CRC, Hokkaido Univ.） 多井豊（Yutaka TAI, Advanced Industrial Science and Technology）

Member： 高草木

高瀬達 (Satoru TAKAKUSAGI, CRC, Hokkaido Univ.)

Sven RAU (Ulm Univ., Germany)

舞 (Mai TAKASE, CRC, Hokkaido Univ.)

Adriana ZALESKA (Gdansk Univ., Poland)

Hynd REMITA (Univ. de Paris-Sud, France)

展開型
Extensive
Research
Section

Horst KISCH(Friedrich-Alexander Univ. of Erlangen-Nuremberg, Germany)

Saulius JUODKAZIS(Swinburne Univ. of Technology, Australia)

Antoni W. MORAWSKI(The West Pomeranian Univ. of Technology, Poland)

稀少金属資源の使用量を最小限に抑えたグリーン
種々のIn-situ分光を駆使した触媒構造・反応機構研究を通じて触媒構造−機能−性能の相関関係を明確化し、触媒設計にフィードバックさせる。機能の異なる複数の金属・酸化物種を近接させた界面の設計が複合効果の任意制御の鍵となると考えている。

本研究クラスターでは、太陽光にふくまれる可視光

Our research will focus on development of photofunctionalの波長領域において表面プラズモン共鳴吸収をもつ

nanoparticles with plasmonic properties (LSPR) at visible

光機能性ナノ粒子、すなわち、金、銀あるいは銅などのrange of solar spectrum, i.e. mono and bimetallic photocatalysts

金属あるいは合金と広いバンドギャップをもつ半導composed of gold, silver, copper and wide-band semiconductor.

体からなる光触媒の開発をめざしている。これらの光We will investigate the mechanism of pollutants degradation

触媒を用いる紫外あるいは可視光照射下での汚染物

under both UV and visible light irradiation and effect of

質分解の反応機構およびLSPR吸収により生じる電

electric field induced by LSPR absorption which may

場による光触媒活性向上の効果を検討し、主要な反応

accelerates photocatalytic activities to find key factors and条件および光触媒活性と物理化学的特性の相関を明

an exact correlation between activities and physicochemical

らかにする。さらにこのプラズモン光触媒に均一系光properties. The plasmonic photocatalysts will be also modified

触媒である金属錯体を修飾することにより、さらなるwith photoactive complexes (homogeneous photocatalyst) to

光触媒活性の向上と光吸収、キャリア移動および酸化

enhance photocatalytic activity and to study the mechanism of

還元反応の機構を解明する。

photon absorption, charge carriers transfer and redox reactions.

a)b)

触媒ターゲット研究アセンブリ

触媒ターゲット研究アセンブリ

有機合成、環境浄化用固体触媒の開発を目的とする。

Our aim is to design new heterogeneous catalysts forgreen organic reactions and environmental pollution
control with minimum use of metal resources. Mechanistic
and structural studies by various in-situ spectroscopic
methods establish the structure-activity relationship, which
provides fundamental basis for catalyst design. Control ofmultifunctional active sites at metal-support interface willbe the key to the catalyst development.

c)Fig. 1 Scheme for plasmonic photocatalysts as self-cleaning & antiseptic material.

19

20

研究支援技術部

T ech nic a l D iv is ion

共同研究事業について Promotion of Cooperative Research

多様な要求に対応する技術支援
Technical Support in Response to Various Special Needs of Scientists
http://www.cat.hokudai.ac.jp/gijyutu/index.htm

センターの研究支援技術部は「第一研究機器開発

The Technical Division is composed of Research Equipment

班」「第二研究機器開発班」「研究機器管理班」によDevelopment Teams No. 1 and No. 2 and the Research

り構成されています。

Equipment Management Team.

第一研究機器開発班では要望が高い真空装置の開Research Equipment Development Team No. 1 manufactures

発・製作、一般硬質ガラスによる理化学ガラス器具、

glassware commonly used in chemical experiments as wellおよび石英ガラス等による各種の特殊セルの製作に

as special glassware that is not commercially available,

当たっています。

such as vacuum pumps and special spectrochemical cells.

第二研究機器開発班では超高真空用チャンバーのResearch Equipment Development Team No. 2 is in charge

製作、加工、溶接をはじめ実験用特殊装置の加工・製of metal processing, welding, and the construction of

作を行っています。

equipment such as ultra-high vacuum systems.

研究機器管理班では走査型電子顕微鏡、透過電子

The Research Equipment Management Team is responsible

顕微鏡、X線光電子分光装置、吸着測定装置、核磁気

for maintaining common-use equipment, such as SEM,

共鳴装置などの機器管理を担っています。

TEM, XPS, and NMR.

新たな研究が行われるにつれて多様化していく研究

Our mission is to contribute to research at CRC through者からの要望に対応するために、長年培ってきた経験

technical support. We aim to make user-friendly, highlyを活かすとともに、新たな加工技術や測定技術を習得

efficient equipment as requested, through active discussion

し、技術支援を行っています。

and consultation with the researchers from the early stages

共同利用・共同研究拠点としての本センターは、次の共同研
究事業等を行っています。

The CRC supports research on catalysis and related fields throughthe Joint Usage/Research Center Program and symposiums.

１ 共同利用・共同研究
本センターは、平成22年度から文部科学省の認定を受け、触媒化学研究の共同利用・共同研究拠点として、より深化した共同研究を進めることとしております。
本学外の研究者が研究代表者となり、本センターの教員を研究分担者としてセンターにおいて共同実施するもので、研究課題があらかじめ設定されている「課題設定型」（年1回公募）及び申請者自らが研究課題を設定する「課題提案型」（年3回公募）の種類の区分により公募を行います（採択された課題に対しては、
センターから研究費が支給されます。
）。

1. Joint Usage/Research Center Program
The CRC has been authorized by MEXT as a Joint Usage/ResearchCenter for catalysis. Through this program, the CRC provides financial
and technical support to joint research projects with CRC staff. The
program is open to researchers at both universities and public research
institutions. There are two categories for applications: set projects andproposed projects. Applications are accepted once a year for set projects
and three times a year for proposed projects. Applicants are requested
to contact the CRC staff member with whom they wish to collaborate.

２ 各種研究会の開催（1）研究討論会
平成16年度まで開催していた研究発表会と研究討論会を統合させ、平成17年度からは研究討論会として、全国の研究者による講演及び本センター各部門・クラスターの研究成果発表・討論を行っています。
（2）国際研究集会
諸外国の研究者を招聘して、触媒化学の特定テーマについてシンポジウムを開催するもので、平成２年から開催
しております。平成18年からは、年１回海外においても開催しております。
（3）情報発信型国際シンポジウム「日本が誇る先駆的研究成果を『日本の研究機関の主導で』海外において情報発信する」というコンセプトの基で企画・運営されており、「 有機合成触媒」及び「触媒理論化学」の２つをテーマとし、年２回開催しています。

2. Symposiums(1) CRC Symposium (domestic)
A CRC Symposium showcasing research activities at the CRC isheld every year. Special lectures are delivered by invited speakers.
(2) International Symposiums
We have organized many international symposiums on specificthemes in catalytic chemistr y featuring the par ticipation of
distinguished researchers from various countries. Our international
symposiums have been held in several countries, including
Germany, USA, France, and Sweden.
(3) CRC International Symposiums
CRC organizes two international symposiums per year; one isdedicated to "orga n ic sy nt hesis cat alyst" a nd t he ot her to"theoretical catalytic chemistry". These symposiums are operated
under our philosophy that a Japan’s own research institution shouldtake the initiative in dissemination of information in overseas
countries on pioneering research outcome which Japan takes pride in.

of development. Although we have many years of experiencein glassblowing and metal processing, we make every

統合物質創製化学推進事業 MEXT Project of Integrated Research on Chemical Synthesis
本センターは、名古屋大学・京都大学・九州大学の国際的化
学研究拠点と協同して異種学術領域を包含する新たな物質合成概念を創出する「統合物質創製化学」の先導的研究を推進
し、科学と科学技術の革新と新産業の創出を促す新学術基盤の構築と次世代中核研究者の育成を図ります。

effort to acquire new skills.

We are working in collaboration with the prestigious research institutesof Nagoya University, Kyoto University and Kyushu University tocreate a novel area of chemical synthesis at the interdisciplinarylevel. This project also aims to realize new innovations in scienceand technology, to promote new industries, and to encourage theyounger generation to become involved in research.

研究支援技術部
ガラス製品

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金属工作

技術講習

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国際交流 International Collaborations
本センターでは、諸外国との国際交流の一環として部局間協定を締結しています。

To promote international exchange, the CRC has concluded agreementswith its counterparts in many other countries.

１）締結先：中国・石油大学（北京）化工学院
締結年月日：平成13年12月7日
２）締結先：中国・北京大学化学与分子工程学院
締結年月日：平成14年5月27日
３）締結先：中国・清華大学化学系
締結年月日：平成15年5月20日
締結年月日：平成16年9月9日
４）締結先：中国・華東師範大学化学系
締結年月日：平成17年3月18日
５）締結先：ドイツ・マックスプランク協会
フリッツハーバ研究所
締結年月日：平成17年12月26日
６）締結先：アメリカ・デラウェア大学
触媒科学技術センター
締結年月日：平成19年7月9日
７）締結先：中国・厦門大学
固体表面物理化学国家重点実験室
締結年月日：平成19年10月9日
８）締結先：中国・中国科学院大連化学物理研究所
触媒基礎国家重点実験室
締結年月日：平成19年10月10日
９）締結先：アメリカ・アイオワ州立大学
理工技術研究所
締結年月日：平成21年3月10日
10）締結先：イギリス・カーディフ大学
カーディフ触媒研究所
締結年月日：平成22年1月26日
11）締結先：ポーランド・ポーランド科学アカデミー
触媒・表面化学研究所
締結年月日：平成22年3月15日
12）
締結先：ポーランド・西ポメラニアン大学
化学・環境工学研究所
締結年月日：平成22年3月17日
13）
締結先：ポーランド・グダンスク工科大学
締結年月日：平成22年3月18日
14）締結先：フランス・リル第1大学−リル中央学院
触媒・固体化学研究ユニット
締結年月日：平成23年1月17日
15）締結先：ポーランド・グダンスク大学
締結年月日：平成25年2月1日

1) School of Chemical Engineering, China University of Petroleum,
China (December 7, 2001)
2) College of Chemistry and Molecular Engineering, Peking University,
China (May 27, 2002)
3) Department of Chemistry, Tsinghua University, China (May 20, 2003)
4) Department of Chemistry, East China Normal University, China(March 18, 2005)
5 ) Fritz Haber Institute of the Max Planck Society, Germany (December
26, 2005)
6 ) Center for Catalytic Science and Technology, Delaware University,
USA (July 9, 2007)
7 ) State Key Laboratory of Physical Chemistry of Solid Surfaces,
Xiamen University, China (October 9, 2007)
8) State Key Laboratory of Catalysis, Dalian Institute of Chemical
Physics, Chinese Academy of Sciences, China (October 10, 2007)
9) Institute for Physical Research and Technology, Iowa State University,
USA (March 10, 2009)
Cardiff Catalysis Institute, Cardiff University, UK(January 26, 2010)10) Institute for Physical Research and Technology, Iowa State University,
USA (March 10, 2009)
Cardiff Catalysis Institute, Cardiff University, UK(January 26, 2010)11) Institute of Catalysis and Surface Chemistry, Polish Academy of
Sciences, Poland (March 15, 2010)12) Institute of Chemical and Environment Engineering, West
Pomeranian University of Technology in Szczecin, Poland (March 17,2010)13) Gdansk University of Technology, Poland (March 18, 2010)14) Unité de Catalyse et de Chimie du Solide Université Lille 1 et Ecole
Centrale de Lille (January 17, 2011)15) University of Gdansk, Poland (February 1, 2013)

触媒化学研究センター 案内図※構内循環バスは、平日の8：30〜18：30の間、15分間隔（時間帯によっては10分間隔）で事務局前から発車しています。
※一般車両は北20条東門から入構願います。原則として車両入構料300円が必要です。
※タクシー等については、西側の石山通から侵入し、建物付近での降車も可能です。

交通アクセス
地下鉄南北線「北18条」
駅より徒歩20分

北海道大学触媒化学研究センター〒001-0021 札幌市北区北21条西10丁目
Catalysis Research Center, Hokkaido University, Sapporo, JAPANTEL（代）011-716-2111（内9104） FAX 011-706-9110
E-mail：k-shomu@jimu.hokudai.ac.jp
Homepage：http://www.cat.hokudai.ac.jp/

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