0501セラミックス及び無機化学製品

金属硫化物は、二酸化炭素還元におけるスケーリング則を打破しうる触媒材料として期待されている。その設計の指針を得るため、金属硫化物を用いた二酸化炭素還元で活性を決める物性を解明すべく、還元活性度と金属硫化物の結晶構造的パラメータおよび電子的パラメータとの重回帰分析を実施。一酸化炭素生成においては金属硫化物の結合長などの構造的な要因が、ギ酸生成においては金属の電気陰性度などの電子的な要因が活性を決めていることを解明した。

超高圧下 (25〜50万気圧) でのレーザー加熱により、サイズの大きな軽希土類元素 (Pr, Ce) を籠状の24配位籠状ホウ素ケージに取り込むことに初めて成功した。ケージの中でCeは価数揺動を示している。希土類多ホウ化物は、特異な物性を示す強相関電子系物質として注目されている。

金属磁性体の磁気異方性を制御することで、アンチスキルミオンと呼ばれる磁気渦構造が安定化する条件を見いだしました。アンチスキルミオンの発現機構の解明につながり、さまざまな磁気デバイスへの応用研究に貢献すると期待できます。(Fe,Ni)3Pという金属磁性体に4d遷移金属をドープすることで、磁気異方性が劇的に変化し、室温で安定なアンチスキルミオンが形成されることを発見しました。さらに、アンチスキルミオンの安定化には、容易軸型の磁気異方性エネルギーと静磁エネルギーの適切なバランスが重要であることを実証しました。

天然の材料を利用した固体電池の新材料を開発。銅とセルロースナノフィブリルから構成される固体イオン伝導体を開発し、その機能を実証。紙のように薄くフレキシブルで他のポリマーイオン伝導体の 10～100 倍のイオン移動度を提供し、固体電解質や全固体電池のカソードのイオン伝導バインダーとしても利用できる。

全固体電池の固体電解質と電極が形成する界面の抵抗（界面抵抗）が、大気中の水蒸気によって大きく増加し、電池性能を低下させることを発見した。さらに、増大した界面抵抗は加熱処理を行うことによって1/10以下に低減し、大気や水蒸気に全く曝露せずに作製した電池と同等の抵抗に改善できることを実証した。つまり、全固体電池の低下した性能を、加熱処理だけで大幅に向上させる技術を開発した。

電気化学イメージングに特化したプローブ顕微鏡を用いて、微細構造を持つ半導体光電極の電荷分離機構を明らかにしました。独自開発した電気化学イメージング技術により、ＴｉＯ２（酸化チタン）ナノチューブ光電極の局所反応を可視化。ＴｉＯ２ナノチューブ光電極における電荷分離機構が直交型であることを実験的に初めて証明。

ドナー不純物として微量のタングステンを添加した酸化スズ透明電極が可視～近赤外光に対して優れた透明導電性を示すメカニズムを解明しました。従来は単なる負電荷として扱われていた結晶中の酸素の電子軌道がタングステンと混成することで、高移動度に必要な電荷状態が安定化されることを初めて明らかにしました。

透過型電子顕微鏡（TEM）内高精度ナノマニピュレーション技術の開発を行い、個々のカーボンナノチューブ（CNT）に対して局所的にらせん構造を変化させ、金属-半導体転移を制御することにより、CNT分子内トランジスタの作製に成功しました。