環境エネルギー材料研究拠点の活動

数理物質融合科学センターワークショップ
2017年10月3日

鍋島 達弥（環境エネルギー材料研究拠点長）

環境エネルギー材料研究拠点
ミッション：持続可能な社会の構築に向け、高効率なエネルギー変換や物質変換およびエネルギー貯蔵、さらには再生可能エネルギーの高効率利用を可能にする革新的
物質・素材・材料を開発する。
拠点長(コーディネータ)：鍋島達弥教授

新電池と新物質が作るエネルギー系統樹

エネルギーを生み出す
エネルギーを輸送する
エネルギーを貯める
別のエネルギーに変える

Naイオン電池

Liイオン電池
ラジカル電池代替元素戦略
代替同素体戦略

燃料電池
色素増感
太陽電池

空気電池

イオン電池

【二次電池】
エネルギー貯蔵

再生可能エネルギー
の有効利用

無機PV

C触媒

光触媒

【触媒】
物質変換

【太陽電池】
エネルギー変換有機PV

2017年前半の拠点の活動

物質変換材料部門の研究内容
1. CO2 のメタノールへの転換
CO2活性化機構解明、グラフェン触媒の応用、計算科学(阪大）と放射光実験（物性研）の共同研究
2. 燃料電池用カーボン触媒の開発
炭素/白金界面相互作用の解明、カーボンアロイ触媒の機能と設計
3. 触媒機能の学理構築
グラファイト系炭素の酸塩基性の起源、担体効果の解明、物性物理と反応性の橋渡し
4. 藻類産生油の触媒的転換
C30‐C40化学の構築、クラッキング、異性化、重合、
ハイブリッド化
5. 光デバイスのための材料合成
ポリマーやグラフェンを用いた発光・レーザー、太陽電池材料
6. 新分光法と新物質
ヘテロダイン分光法のSTSへの応用、新二次元物
質の創出

ＴＩＡかけはしプロジェクト（総勢２１名）代表 筑波大学数理物質系 中村潤児

白金フリー燃料電池カーボン触媒イノベーション
燃料電池自動車の本格普及のための白金フリー触媒開発には、多角的連携研究が必要不可欠。本
研究では、白金フリーカーボン触媒開発を軸として、つくば地区の特色・強みを生かして基礎研究および工学研究をフルに連携し、材料研究から実用化までを繋ぐ戦略を立てる。
AIST
炭素材料の化学設計、第一原理計算による触媒設計、カーボン触媒の特性評価、産業界の動向調査
児玉、羽鳥、曽根田、加登、大谷、藤谷
筑波大
触媒分子のボトムアップ化、触媒活性分子の有機合成 神原、岡田、鍋島、近藤、
中村

目標：白金フリー触媒技術確立

NIMS
電極触媒の性能評価、触媒の高耐久化、産業界の動向調査
森、有賀、Hill
東大
放射光実験による電極触媒の解析 原田、松田、山本
KEK、SLAC
放射光実験による電極触媒の解析 間瀬、阿部、近藤、小笠原

提案先； JST, NEDO, 自動車会社

高活性・高耐久性の窒素ドープカーボン触媒の候補材料・構造の選定、実用化戦略の立案後、本格研究拠点構築へ

オールジャパン「白金フリー触媒研究拠点」の構築

Science（2016年）で発表した研究を発展させるプロジェクト（ピリジン型窒素に着目）
CiRfSE研究者として、神原、近藤、岡田、鍋島が参加

Eley-Rideal型機構による新しい反応ダイナミクス
固体実用触媒系では初めてのERメカニズムを立証
Jiamei Quan, Takahiro Kondo, Guichang Wang, and Junji Nakamura
Hot CO2

Tgas = Tsurface

Angew. Chem. Int. Ed. 56 (2017) 3496-3500. Selected as a front cover picture
Angew. Chem. 129 (2017) 3550-3554.
Selected as a Hot Paper
HCOOa

Cold Cu surface

O=C=Oの変角によってCO2の反応性が極めて向上
LUMOのエネルギー準位が選択的に低下触媒の熱は反応に効かない
表面反応ダイナミクスの基礎研究は数多くあるが、応用に適用可能な貴重な成果
9燃料電池の白金代替となる炭素触媒の活性点を特定した↓筑波大学HPの注目の研究

Nature Nanotechnology, Researchhighlightsに選出される

現在、441回の引用
論文 D. Guo, R. Shibuya, C. Akiba,
S. Saji, T. Kondo, J. Nakamura,
Science 351 (2016) 361.

Science 355, 1296 (2017)

Cu/ZnOメタノール合成触媒の活性点に関して表舞台に立って論争中

Science 357, 6354 (2017)

MgB2からイオン交換によりホウ化水素二次元シートが生成することを見出した
理論計算で存在が予測されていたボロファンと呼ばれる物質の生成を実現

特許 ・ 近藤剛弘, 中村潤児, 西野弘晃, 藤野朝日, 藤森智博, 細野秀雄, 宮内雅浩,

二次元水素化ホウ素含有シート、二次元ホウ素化合物含有シートの製造方法,
特願2016-204477, 出願日：2016.10.18

論文 H. Nishino, T. Fujita, N. T. Cuong, S. Tominaka, M. Miyauchi, S. Iimura, A. Hirata, N. Umezawa, S.
Okada, E. Nishibori, A. Fujino, T. Fujimori, S. Ito, J. Nakamura, H. Hosono, T. Kondo
J. Am. Chem. Soc. (2017) in press. DOI: 10.1021/jacs.7b06153(筑波大、東工大、東北大、NIMSで共同プレスリリース（9月26日14時）)

りん光発光性金属錯体の設計

J. Organomet. Chem., 2017, 845, 189-195.

Inorg. Chem. 2017, 56, 8726−8729.

平成２９年1月～研究費（括弧内は総額）
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JST ACT-C 研究代表者 中村潤児（1億2000万円、グループ全体3億円）
東京応化 中村潤児（350万円）
TIA 連携プログラム探索推進事業「かけはし」 研究代表者 中村潤児（40万円）
日本学術振興会 科学研究費補助金 基盤研究A
研究代表者 中村潤児（1470万円）
日本学術振興会 科学研究費補助金 基盤研究A
研究代表者 山本洋平（3220万円）
日本学術振興会 科学研究費補助金 国際共同研究加速基金（国際共同研究強化） 研究代表者 山本洋平
（1110万円）
平成28–29年度 筑波大学・ドイツ学術交流会(DAAD)パートナーシッププログラム 研究代表者 山本洋平（222.3万円）
平成27–29年度 旭硝子財団 研究助成 若手継続グラント 研究代表者 山本洋平（600万円）
平成29年度TIA 連携プログラム探索推進事業 かけはし「最先端光材料・光テクノロジー国際研究拠点形成に向けたTIA連携」研究代表者 山本洋平（150万円）
平成29–30年度 文部科学省 科学研究費補助金 新学術領域（公募研究：π造形科学）「様々な励起プロセスを介したπ電子球体への発光閉じ込めと共鳴発光の変調」研究代表者 山本洋平（590万円）
平成28–30年度 平成28年度プレ戦略イニシアティブ（研究拠点提案型）「光と物質・生命科学のアンサンブルによる新現象の発掘と解明」研究代表者 山本洋平（100万円）
平成29–32年度 文部科学省 科学研究費補助金 基盤研究(B) 研究代表者 神原貴樹（1781万円）
平成28–29年度 文部科学省 科学研究費補助金 新学術領域 (公募研究：原子層科学）研究代表者 近藤剛弘（470万円）
平成28–30年度 文部科学省 科学研究費補助金 基盤研究(B) 研究代表者 近藤剛弘（1940万円）
平成28–29年度 文部科学省 科学研究費補助金 挑戦的萌芽研究 研究代表者 近藤剛弘（360万円）
平成28–29年度 東京工業大学元素戦略センター 特定准教授 （600万円）
平成28–29年度 第28回公益財団法人江野科学振興財団研究助成 研究代表者 神原貴樹（500万円）
平成28–30年度 産総研からの委託研究（NEDOプロジェクト再委託研究）研究代表者 神原貴樹 （1550万円）
平成29–31年度 文部科学省 科学研究費補助金 基盤研究(A) 研究分担者 近藤剛弘 (150万円)
平成24–30年度
平成24–30年度
平成29年度
平成29–31年度
平成28–32年度
平成28–30年度

論文、共同研究

H29

18報 主な学術誌 (If 10以上とNature系、ACS系）
Science１報、Angewandte Chemie １報、JACS１報、Scientific Reports １報、 ACS系雑誌
３報
山本、神原、中村、近藤、鍋島との共著論文多数（６報） 部門内部の共同研究が強力に推進
ページ論文リスト中、青字が共同研究
顕著な引用回数 Science (2016年1月発表）：436回、Nano Letters(2009)は909回

次

国内共同研究： 東大：吉信淳教授（CO2活性化）・松田巌（ボロンシート）、阪大：森川良忠教授（CO2活性化）、
北大：郷原一寿教授（Ptシングルアトム触媒）、慶応大：近藤寛（燃料電池放射光解析）、東工大：細野秀雄教授（ボロンシート）・宮内雅浩教授（光触媒）・真島豊教授（FET特性）・北野政明准教授（触媒特性）・原亨和教授（酸塩基特性）、東北大：藤田武志准教授（TEM解析）・平田秋彦准教授（TEM解析）、NIMS：谷口尚博士（高圧合成）・宮川仁博士（磁化率測定）・冨中悟史博士（XPDF、プロトン伝導）・Nguyen Thanh Cuong博士（DFT計算）・森 利之（燃料電池電極）、東工大：アルブレヒト建・山元公寿先生（デンドリマー合成）、福島孝典先生（有機材料合成）、大阪大学：佐伯昭紀先生（マイクロ波計測）、武田洋平先生（ポリマー合成）、立教大学：森本正和先生（フォトクロミック分
子合成）、理研：河東田道夫博士（ＭＤ計算）、神奈川大学：辻勇人先生（有機材料合成）、関西学院大学：畠山琢治先生（有機材料合成）、東工大： 真島 豊 教授 （FET特性）東北大： 藤田武志 准教授 （TEM、STEM、EELS、
EDS）、農工大： 山本明保 准教授 （MgB2の生成）、東工大：竹内大輔 准教授、小坂田耕太郎教授（バイオプラス
チック、重合触媒）、小泉武昭准教授（錯体触媒） 富山大：加賀谷重浩教授（微量分析）、NIMS：長尾忠昭博士・石井智博士・Thang Dao博士（顕微分光）・田代健太郎博士（ペプチド合成）・三成剛生博士（マイクロパターニング）、
AIST：佐々木史雄博士（フェムト秒レーザー分光）、東工大：アルブレヒト建助教・山元公寿教授（デンドリマー合成）・福島孝典教授（有機材料合成）、大阪大学：佐伯昭紀准教授（マイクロ波計測）・武田洋平准教授（ポリマー合成）、立教大学：森本正和教授（フォトクロミック分子合成）、理研：河東田道夫博士（ＭＤ計算）、神奈川大学：辻勇
人教授（有機材料合成）、東京大学：中村栄一教授（有機材料合成）、
関西学院大学：畠山琢治教授（有機材料合成）

論文、共同研究（つづき） H29
国際共同研究： Duisburg-Essen大学AxelLorke先生（顕微分光、マイクロファブリケーション）、Stephan Barcikowski先生・Gakina Marzun博士（金属ナノ粒子合成、光触媒）、Heidelberg大学Uwe Bunz先生（有機材料、ポリマー合成）、Jer-Shing Huang博士（プラズ
モニクス）、台湾：国立清華大学 堀江正樹先生（ポリマー合成）
中国：南開大学 Wang Guichang教授（DFT計算）、中国科学院上海有機化学研究所 Li
Wei-Shi（李維実）教授（有機材料合成）、Xike Gao教授（ポリマー合成）、清華大学 He
Yaning（有機材料合成）、 重慶師範大学 盧葦 (Lu Wei)准教授（機能性高分子）、
Aachen大学Alexander Kühne博士（高分子マイクロ共振器）、Strasbourg大学 Thomas
Ebbesen教授（光−物質強結合系）、Cambridge 大学Richard Friend教授（高分子半導体）、Malaga大学M. Carmen Ruiz Delgado教授（ラマン分光）、Eindhoven University ofTechnology, E. W. (Bert) Meijer教授（円偏光発光分光）
産学連携：ＮＥＣ、東京応化、日立化成、住友精化、JSR
つくば連携： ・かけはしで白金代替燃料電池のプロジェクトが進行中
・TIAかけはし「最先端光材料・光テクノロジー国際研究拠点形成に向けたTIA連携」
・TIAかけはし「ＴＩＡかけはしプロジェクト：白金フリー燃料電池カーボン触媒イノベーション」
・藻類研究で中村、神原が産総研と協力に共同研究を展開中（クロスアポ：藤谷教授、崔准教授）
・ＮＩＭＳ：長尾忠昭先生（顕微蛍光分光）、田代健太郎先生（ペプチド合成）、塚越一仁先生（有機半導体）、三成剛夫先生（有機半導体）、竹内正之先生・杉安和憲先生（ポリマー合成）、谷口 尚 先生（高圧合成、超伝導特性）、梅澤直人先生（DFT計算）、安田剛先生（有機デバイス）、中尾秀信先生（バイオプラスチックの応用展開）
・ＡＩＳＴ：佐々木史雄先生（フェムト秒顕微蛍光分光）、石井則行先生（ＴＥＭ）

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Jiamei Quan, Takahiro Kondo, Guichang Wang, Junji Nakamura, “Energy Transfer Dynamics of Formate Decomposition on Cu(110)”, Angew. Chem. Int.
Ed., 56, 3496-3500 (2017), Angew. Chem., 129, 3550-3554 (2017). Selected as a front cover picture. Selected as a Hot Paper.
Hiroaki Nishino, Takeshi Fujita, Akiyasu Yamamoto, Tomohiro Fujimori, Asahi Fujino, Shin-ichi Ito, Junji Nakamura, Hideo Hosono, Takahiro Kondo,“Formation Mechanism of Boron-Based Nanosheet through the Reaction of MgB2 with Water” J. Phys. Chem. C, 121, 10587-10593 (2017).
Tsukasa Mizutaru, Galina Marzun, Sebastian Kohsakowski, Stephan Barcikowski, Dachao Hong, Hiroaki Kotani, Takahiko Kojima, Takahiro Kondo,
Junji Nakamura, and Yohei Yamamoto “Peptide Crosslinkers: Immobilization of Platinum Nanoparticles Highly Dispersed on Graphene Oxide
Nanosheets with Enhanced Photocatalytic Activities”, ACS Appl. Mater. Interfaces, 9 (11), 9996-10002 (2017).
Hiroaki Nishino, Takeshi Fujita, Akiyasu Yamamoto, Tomohiro Fujimori, Asahi Fujino, Shin-ichi Ito, Junji Nakamura, Hideo Hosono, Takahiro Kondo“Formation Mechanism of Boron-Based Nanosheet through the Reaction of MgB2 with Water”, J. Phys. Chem. C, 121, 10587-10593 (2017).
Junji Nakamura, Tadahiro Fujitani, Sebastian Kuld, Stig Helveg, Ib Chorkendorff, Jens Sehested, “Comment on “Active sites for CO2 hydrogenation tomethanol on Cu/ZnO catalysts”” Science, 357, 6534 (2017).
Hiroaki Nishino, Takeshi Fujita, Nguyen Thanh Cuong, Satoshi Tominaka, Masahiro Miyauchi, Soshi Iimura, Akihiko Hirata, Naoto Umezawa, Susumu
Okada, Eiji Nishibori, Asahi Fujino, Tomohiro Fujimori, Shin-ichi Ito, Junji Nakamura, Hideo Hosono, Takahiro Kondo “Formation and characterizationof hydrogen boride sheets derived from MgB2 by cation exchange”, J. Am. Chem. Soc. (2017) in press.
Jun-ichi Fujita, Takaki Hiyama, Ayaka Hirukawa, Takahiro Kondo, Junji Nakamura, Shin-ichi Ito, Ryosuke Araki, Yoshikazu Ito, Masaki Takeguchi, andWoei Wu Pai “Near room temperature chemical vapor deposition of graphene with diluted methane and molten gallium catalyst”, Scientific Reports(2017) in press.
Takahiro Kondo “Recent progress in boron nanomaterials”, Science and Technology of Advanced Materials (special issue) (2017) 印刷中
近藤 剛弘，中村潤児 “窒素ドープグラフェンの触媒活性点”, 二次元物質の科学 グラフェンなどの分子シートが生み出す新世界，日本化学会編 化学同人, 94-100 (2017).
Soh Kushida, Osamu Oki, Hitoshi Saito, Junpei Kuwabara, Takaki Kanbara, Motomichi Tashiro, Michio Katouda, Yutaka Imamura, Yohei Yamamoto,“From Linear to Foldamer and Assembly: Hierarchical Transformation of Coplanar Conjugated Polymer into Microsphere” J. Phys. Chem. Lett.
accepted (Sept. 6, 2017)
Yusuke Wakikawa, Tadaaki Ikoma, Yohei Yamamoto, Takanori Fukushima, Kimio Akiyama, “Temperature Dependence of Magnetophotoconductance in
One-dimensional Molecular Assembly of Hexabenzocoronene” ACS Omega 2017, 2, 3260–3266.
Soh Kushida, Daichi Okada, Fumio Sasaki, Zhan-Hong Lin, Jer-Shing Huang, Yohei Yamamoto*, “Low-Threshold Whispering Gallery Mode Lasingfrom Self-Assembled Microspheres of Single-Sort Conjugated Polymers” Adv. Opt. Mater. 2017, 5, 1700123. (Selected as ‘Inside Front Cover’)
Tsukasa Mizutaru, Galina Marzun, Sebastian Kohsakowski, Stephan Barcikowski, Dachao Hong, Hiroaki Kotani, Takahiko Kojima, Takahiro Kondo,
Junji Nakamura, Yohei Yamamoto, “Peptide Cross-linkers: Immobilization of Platinum Nanoparticles Highly Dispersed on Graphene Oxide Nanosheetswith Enhanced Photocatalytic Activities”, ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 9996–10002.
Toru Nakayama, Kentaro Tashiro, Toshiaki Takei, Yohei Yamamoto, ” Controlled Self-Assembly of Oligopeptides Bearing Electron Donor and Acceptor
Units on the Side Chains to Form β-Sheets with Selective π-Stacking Configuration”, Chem. Lett. 2017, 46, 423–425.
Kosuke Shibasaki, Takeshi Yasuda, Yohei Yamamoto, Masashi Kijima, “Dual Substitution at 4,9-Positions of Carbazole in Donor-π-Acceptor Copolymer
Enhances Performance of Bulk-heterojunction Organic Solar Cells”, Polymer 2017, 108, 305–312.
Hitoshi Saito, Jieran Chen, Junpei Kuwabara, Takeshi Yasuda, and Takaki Kanbara, “Facile One-pot Access to π-Conjugated Polymers via Sequential
Bromination/Direct Arylation Polycondensation” Polym. Chem., 8, 3006-3012 (2017).
Junpei Kuwabara, Tomomi Namekawa, Eiko Sakabe, Masa-aki Haga, and Takaki Kanbara, “Luminescent Ir(III) complexes bearing benzothiazole or
benzoxazole-based pincer ligand” Organomet. Chem., 845, 189-195 (2017).
Junpei Kuwabara, Kaho Yamaguchi, Kazuma Yamawaki, Takeshi Yasuda, Yoshinobu Nishimura, and Takaki Kanbara, “Modulation of the emission modeof a Pt(II) complex via intermolecular interactions” Inorg. Chem., 56, 8726-8729 (2017).

招待講演 H29
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Junji Nakamura, “Fuel cell catalysts using graphene”, The 18th International Symposium on Laser Precision
Microfabrication (LPM2017), Toyama International Conference Center (Toyama, Japan), June 7, 2017. (Invited).
中村潤児、「モデル触媒の活性サイトと反応メカニズム」2017年真空・表面科学合同講演会、横浜市立大学金沢八景キャンパス（神奈川）、2017年8月18日. （学会賞受賞記念講演）
中村潤児、「白金フリー燃料電池の実用化前進：炭素触媒の活性点解明」2017年真空・表面科学合同講演会、
横浜市立大学金沢八景キャンパス（神奈川）、2017年8月18日.（招待講演）
中村潤児、「酸素還元反応に対する窒素ドープ炭素触媒の活性点」第120回触媒討論会、愛媛大学城北キャンパス（愛媛）、2017年9月12日.（特別講演）
Takahiro Kondo, “Active sites, Lewis basic sites and local electronic structure of nitrogen-doped graphitic carbon
catalysts”, International union of materials research society-International conference of advanced materials(IUMRS-ICAM 2017), Univ. Kyoto (Japan), Aug 28, 2017.
Takahiro Kondo, “Active sites in nitrogen-doped carbon materials for oxygen reduction reaction”, TGSW 2017,
Univ. Tsukuba (Tsukuba), Sep 27, 2017.
Yohei Yamamoto, “Self-Assembled Conjugated Organic/Polymer Microcavities for Optical Resonators and Lasers”,
Seminar in University of Strasbourg（University of Strasbourg）, May 22, 2017.(招待講演).
Yohei Yamamoto, “Self-Assembled Conjugated Organic/Polymer Microcavities for Optical Resonators and Lasers”,
Seminar in University of Heidelberg（Heidelberg, Germany）, June 1, 2017.(招待講演).
Yohei Yamamoto, “Self-Assembled Conjugated Organic/Polymer Microcavities for Optical Resonators and Lasers”,
Seminar in DWI（Aachen, Germany）, June 13, 2017.(招待講演).
Yohei Yamamoto, “Self-Assembled Conjugated Organic/Polymer Microcavities for Optical Resonators and Lasers”,
Seminar in Eindhoven University of Technology（Eindhoven, Netherland）, June 14, 2017.(招待講演).
Yohei Yamamoto, “Self-Assembled Conjugated Organic/Polymer Microcavities for Optical Resonators and Lasers”,
Seminar in University of Malaga（Malaga, Spain）, June 23, 2017. (招待講演).
Yohei Yamamoto, “Whispering Gallery Mode Lasing from Self-Assembled Conjugated Polymer Microsphere
Resonators”. XXXVI Reunión BIENAL de la Real Sociedad Española de QUÍMICA (BIENAL2017)（Sitges, Spain）,
June 25-29. 2017.(招待講演).

招待講演（つづき）
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H29

Yohei Yamamoto, “Whispering gallery mode lasing from self-assembled conjugated polymer microspheres”,
Electrical and Related Properties of Organic Solids (ERPOS2017)（St. Andrews, UK）, July 9-13, 2017.(招待講演).
Yohei Yamamoto, “Self-assembled microcavities from conjugated macromolecules and polymers for optical andlaser applications”, 13th International Conference on Materials Chemistry (MC13)（Liverpool, UK）, July 10-13,
2017.(招待講演).
Yohei Yamamoto, “Self-Assembled Conjugated Organic/Polymer Microcavities for Optical Resonators and Lasers”,
Seminar in Technical University München（Munich, Germany）, July 18, 2017.(招待講演).
神原貴樹、、「有機ＥＬ討論会」第２４回例会、ＮＨＫ放送技術研究所内技研ホール、2017年6月15日-16日.
神原貴樹、高分子学会関東高分子若手研究会 春の講演会、理化学研究所、2017年6月24日.

顕著な研究成果 H29
・CO2のメタノールへの転換に関する基礎研究として、CO2の活性化ダイナミクスの詳細が明らかになった。銅触媒
表面において、気相CO2分子と吸着水素原子の反応では、CO2分子の並進エネルギーが0.1eV程度を要し、他に0.45eV程度の振動エネルギーを供給すれば、吸着水素原子との反応が容易に進むことがわかった。
・CO2からのメタノール合成触媒の活性点に関してコメントがScience誌掲載された。これはCu/ZnO触媒の活性点に関して重要な結果(1996)を再度世に示すことになった。現在、さらに詳細なCuZn活性点の研究を遂行している。
・窒素ドープカーボン触媒の活性点を解明し2016年にScience誌で報告した。これをさらに発展させ自己組織化によってボトムアップ合成したカーボン触媒が高い活性を示すことを発見した。
・共役ポリマーマイクロ球体からのレーザー発振を実現した。また、球体形成のメカニズムに関する考察を行った。
酸化グラフェン−ペプチド−白金ナノ粒子複合材料を用いた光触媒効果と水素発生を実現した。π共役分子部位を有するペプチドの自己組織化による光誘起電荷分離状態の形成を実現した。
・高分子半導体合成のためのワンポット合成技術を開発した。この手法では、基質を反応容器に順に投入すること
で、有機金属のみならず、有機ハロゲン化物の事前調製も必要とせず、2種類の芳香族化合物を出発原料として利用してπ共役高分子を合成できることから、従来法よりもさらに高分子半導体合成の省ステップ化が達成できる。
・電子材料や水素吸蔵材料として利用できる優れた特性を持つ物質として理論的にその存在が予想されていた二次元物質「ホウ化水素シート（ボロファン）」を生成することに成功した。ホウ素と水素の組成比が１：１のホウ化水
素シートが室温・大気圧下という温和な条件で生成することを見出した。

その他
中村潤児 日本表面科学会 学会賞
桑原純平 高分子学会日立化成賞
青木英晃 第 66 回高分子学会年次大会 優秀ポスター賞

エネルギー変換・貯蔵物質部門
部門長：守友 浩
構成員：西堀英治
岡田 晋
笠井秀隆
小林 航
丹羽秀治

連携教員
丸本一弘（物質工学域）
櫻井岳暁（物理工学域）
柳原英人（物理工学域）
末益 崇（物理工学域）
小島隆彦（化学域）
関口 章（化学域）3月退
部門の使命

職

【エネルギーサイエンスの推進】
エネルギー現象を電子論的・微視的に解明【エネルギーイノベーションの実現】 サイエンスに基づき革新的エネルギー技術を創出【国際エネルギー研究拠点の構築】 エネルギー科学の国際拠点を構築

Venkatesha R. Hathwar
助教 2016.5 -Hidetaka Kasai
国際TT 2015.4 -H29年度プレ戦略採択

H29年度かけはし採択

熱発電セルのデモに成功！

熱サイクルから電力を取り出す。
熱効率（1%）はカルノー効率の11%！

2017.1以降の外部資金等
1. 西堀、挑戦的萌芽、2016- 70万
2. 西堀、新学術領域、2017- 150万
3. 西堀、日本学術振興会二国間交流、29万
4. 西堀、日本学術振興会二国間交流、280万
5. 守友、基盤A、2017- 580万
6. 守友、かけはし、2017、90万
7. 守友、高地雅光（D3)、2016、数理物質科学研究科長表賞
8. 守友、福住勇矢（M2)、2016、数理物質科学研究科長表賞
9. 守友、福住勇矢（M2)、2016、TGSWポスター賞
10. 守友、Magnusson（M2)、2015、IWP2015ポスター賞
11. 守友、APEnergy2016、2016、Best Oral Paper Award

High-throughput powder diffraction measurement system consisting of multiple
MYTHEN detectors at beamline BL02B2 of SPring-8
Kawaguchi S, Takemoto M, Osaka K, Nishibori E, Moriyoshi C, Kubota Y, Kuroiwa Y, Sugimoto K.
Rev. Sci. Inst. 88, 08511, 2017.

2015年度より活動を続けてきたSPring-8粉末回折
BLパートナーユーザーとしての成果
検出器開発（光量子計測開発推進室と関連）
既に多くのユーザーの利用実績あり
多数の金属で分子を捕まえる大環状分子を開発(7/25 筑波大、SP8プレスリリース）
Molecular recognition by multiple metal coordination inside wavy-stacked macrocycles
T Nakamura, Y Kaneko, E Nishibori, T Nabeshima. Nature Communication 8. 129, (2017)

鍋島拠点長とのセンター内共同研究の成果

Predicting the Position of the Hydrogen Atom in the Short Intramolecular
Hydrogen Bond of the Hydrogen Maleate Anion from Geometric Correlations

L. A. Malaspina, A. J. Edwards, M. Woińska, D. Jayatilaka, M. J. Turner, J. R. Price, R. Herbst-Irmer, K.
Sugimoto, E. Nishibori, and S. Grabowsky. Cryst. Growth Des. 17, 3812, 20172016年の筑波大でのWSや複数回の国際共同放射光実験の成果。
Hydrogen maleteを対象に水素結合の整理に
HAR精密化法を利用。
HARの有用性を実証
A simple zinc(II) complex that features multi-functional luminochromism
induced by reversible ligand dissociation

T Tsukamoto, R Aoki, R Sakamoto, R Toyoda, M Shimada,Y Hattori, M Asaoka, Y Kitagawa,
E Nishibori, M Nakano and H Nishihara. Chem. Commun. 53, 3657, 2017.

多色発光特性を示す
Zn錯体の結晶構造を放射光粉末回折＋遺伝的アルゴリズムによる構造決定法で決定国際共同研究：TEMの新しい磁気測定手法を開発。この後の論文が、ほぼ、Nature
Materialsに掲載予定。

PBAの熱起電力を決定し、その支配要因を解明した。熱発電素子実現に向けての基盤研究。

EXAFS解析により層状酸化物の局所構造を系統的に調べ、統一描像を提案した。

EXAFS解析によりペロブスカイト型酸化物の局所構造を系統的に調べ、統一描像を提案した。

SPring-8のX線マイクロビームを活用し、電池材料のマクロな相分離を観察した。

PBAでは低電圧における充放電が報告されていた。我々は、放射光XRDと放射光XASを駆使して、その起源を解明した。

顕微分光で、二次電池材料のマクロな相分離ダイナミクスを観測した。（筑波大プ
レスリリース）

ＸはLi濃度、黒と緑の相にマクロに相分離が起こっている。

バイオエネルギー研究チーム

メンバー： 加納英明
辻村清也
北 正樹
（4月に名古屋大学に転出）

生命・環境系との共同研究
石油を産生する藻類のCARSイメージング～細胞内スクアレン＆トリアシルグリセロールの可視化に成功～

48(1) 8-15 (2017)

藻類オーランチオキトリウムの光学像(a)．明るい
スポットは照射したレーザー; CARSイメージ@
2996(b), 2914(c), 2840(d), 1738(e), 1439(f),1379(g), 1324(h), 1265(i) cm-1

企業との共同研究（今年度、社会人博士（早期修了コース）受け入れ）

先端フィルム材料の評価

液晶ディスプレイ等で用いられている透明フィルム材料（セルロース
アセテート）の含水過程をリアルタ
イム追跡その他の業績
総説記事の雑誌表紙掲載

医学医療系（眼科教室）との共同研究

角膜老人環 (ex vivo)

体内脂質のモニタリングに応用可能？
粉末コレステロール

角膜実質層内の脂質リッチな部分

岩村ら
ICO-24(2017)
国際会議
口頭発表

10μm

→知財取得を検討中

印刷型バイオ燃料電池
電池を紙に印刷↓用途に応じた多様なデザイン

Origami型電池

アレイ型電池5つの電池を直列

J Power Sources, 2017
j.jpowsour.2017.06.043
1mWの出力センサ＋無線通信

Chem. Lett., 201710.1246/cl.170047

ChemElectroChem, 201710.1002/celc.201700561＋PCT出願バイオ燃料電池材料開発
電池に適した多孔質炭素の設計と評価

Sci. Rep., 7, 45147 (2017)10.1038/srep45147
電池に適したレドックスメディエータ設計に向けた反応メカニズム解析

Int. J. Mol. Sci., 201710.3390/ijms18030604

微生物燃料電池
藻類代謝機能と電極反応を共役～電極表面修飾による高効率化～
電極
表面修飾
藻類バイオフィルム

The University of Queensland，Lund University,
National University of Ireland, Galwayとの共同研究J. Electrochem. Soc., 164 (3)H3037-H3040 (2017)

国内企業との共同研究が開始（2017～）
・事業所からの排水処理・微生物代謝機能と表面修飾電極
反応の共役環境エネルギー材料研究拠点 活動報告 平成26－29年度
物質変換材料部門
論文 63
著書・総説等 11
研究成果発表 国際会議 135 国内学会・研究会 246
エネルギー貯蔵・変換物質部門
論文 133
著書・総説等 4
研究成果発表 国際会議 60 国内学会・研究会 116
バイオエネルギー研究チーム
論文 40
著書・解説・総説等 12
研究成果発表 国際会議 44 国内学会・研究会 54

物質変換材料部門

競争的資金獲得状況 科研費 12
受託・共同研究等（外部資金） 15
その他 16

エネルギー貯蔵・変換物質部門

競争的資金獲得状況 科研費 9
受託・共同研究等（外部資金） 17

バイオエネルギー研究チーム

競争的資金獲得状況 科研費 12
受託・共同研究等（外部資金） 9
その他3

ケイ素化学（(関口)、一戸、中本）
グラフェン構造体創成と評価（藤田、加納、小林、村上）
グラフェンの量子物性（初貝、神田）
超分子化学（鍋島、(北)、(山村)、中村）二次電池（守友、西堀、小林、笠井）
π共役系光機能性高分子（神原、木島、山本、辻村、桑原）
機能性カーボン（中村、後藤、近藤）
太陽電池メカニズム（(秋本)、丸本、櫻井）
光反応ダイナミクス（新井、西村、百武）

現在は「環境・エネルギー」テーマとして研究を推進革新的エネルギー貯蔵・変換・節約システムの構築に向けた

TIMSの改組（白川センター）
卓越大学院による
人材育成

生体熱発電シート

低価格燃料電池

車載用インバータ

産業界

開
発
部
門

基
礎
部
門

学理 マテリアル探索 試作 評価 実装

基礎と応用の融合による課題解決と新原理・新物質の迅速な応用／展開=> イノベーションの牽引

排熱利用

省エネ

革新的エネルギー貯蔵・変換・節約システム構築
エネルギー・コンソーシアム
産業ニーズの受信窓口
産業界への発信母体

つくば連携
かけはし
熱発電素子

貯蔵
熱発電
熱電池

かけはし
白金フリー触媒

節約

変換
非白金触媒

パワエレ

新分子•新物質•新材料創製

学内連携

国内連携

白川センター
基礎研究レベルでの分野融合

異なるエネルギーデバイス技術の融合：基礎学理を通じて初めて可能

国際連携エネルギー物質科学研究センターの組織
運営組織
センター長
融合研究企画調整室

運営委員会

運営協議会

研究 組織
マテリアル分子設計部門

エネルギー物質部門

電気エネルギー制御部門

基礎融合リサーチグループ
バイオ
光エネルギー
物質エネルギーエネルギー

エネルギー物質科学研究センター(TREMS)

国内連携

知の創造から生まれるエネルギー材料・デバイスの創製

新学理の社会還元
革新的エネルギーデバイス

超精密構造解析
新材料創製へ向けて

ダイヤモンドデバイス

かけはし

低価格燃料電池

TIAをコアとするつくば連携

次世代ロボット, etc

外部との連携強化によりつくば地区の研究拠点へ
全ての連携先との若手研究者・学生の交流研究推進と人材育成

相互フィードバック

つくば連携のハブ

エネルギー物質科学研究センター

マテリアル分
子設計部門
貴金属代替触媒
元素戦略材料
ハイブリッド材料

学内連携
理論的設計・検証

グリーンイノベーション
創出

融合研究企画調整室
TIA連携・グローバル連携を主導

エネルギー
物質部門
強相関物質と分子物質
半導体物質の融合材料

電気エネルギー
制御部門

企業との連携（寄付講座・コンソーシアム）

相互
フィードバック

ダイヤモンド材料
国際連携
多層構造材料
研究力強化
デバイス信頼性の評価 相互グローバル人材育成
フィードバック

相互フィードバック

基礎融合リサーチグループ
化学、物理、物質科学の基礎研究よるシーズ発掘部門と協働して新学理を構築・共有
応用研究の課題フィードバック

基礎から応用まで一気通貫の研究体制

海外招致ユニット
国際テニュア