大阪大学工学部応用自然科学科応用化学科目

大阪大学大学院工学研究科応用化学専攻

当領域は電気化学を柱とし、表面・界面を自在に操ることによって新たな材料の開発を行っています。とりわけ常温で液体の塩であり、揮発しない性質もつ「イオン液体」に注目し、電子顕微鏡と組み合わせて新たな分析法を確立したり、従来にないメカニズムの電池を開発したりしています。また、蛍光発光する半導体ナノ粒子の開発にも精力的に取り組んでおり、光によって電子の流れを可視化することで、少し違った視点からナノ材料の性質を理解する研究を進めています。

生命現象の化学的理解を目的として、生体高分子であるタンパク質のX線結晶構造解析を行っている。この技術は、タンパク質結晶のX線回折像をSPring-8やSACLAで測定し、コンピュータ処理して電子密度を計算して立体構造を明らかにするものである。立体構造に基づきタンパク質機能を解明するだけでなく、その機能を制御する分子の設計も試みている。例えば、「低分子薬剤」や「次世代型抗体医薬品」の開発、「地球環境の改善・食糧増産」をテーマとした応用研究に取り組んでいる。

研究テーマ
合成化学を基盤として、ナノサイエンスの様々な課題に物理有機化学的アプローチによる取り組みを行っています。

１）湾曲π共役分子の化学
お椀型をしたπ共役化合物「バッキーボウル」はフラーレン・ナノチューブ化学合成の重要な前駆体であると同時に、お椀構造に由来した独特な物性を有しています。私たちはこれまで合成が困難だったバッキ－ボウルを自在に構築する画期的な合成手法の開発や、物性研究に取り組んでいます。
また、湾曲π共役分子の代表格であるフラーレンについても、その修飾法や材料への応用について研究を行っています。

２）金属ナノクラスター触媒の化学
金属をナノメートルレベルまでサイズダウンすると、バルク金属とは全く異なる触媒活性を示すようになります。私たちは、バルクでは触媒活性を示さない金をはじめ、パラジウムなどの様々な金属ナノクラスター触媒を開発し新反応の開拓や実用的合成手法の開発に取り組んでいます。-8やSACLAで測定し、コンピュータ処理して電子密度を計算して立体構造を明らかにするものである。立体構造に基づきタンパク質機能を解明するだけでなく、その機能を制御する分子の設計も試みている。例えば、「低分子薬剤」や「次世代型抗体医薬品」の開発、「地球環境の改善・食糧増産」をテーマとした応用研究に取り組んでいる。

有機化合物の構造と反応性・物性のユニークな相関に着目し、広く生体分子、金属錯体、有機化合物を取り扱った機能分子の創製、タンパク質の機能化、新規生体触媒やナノバイオマテリアルの創製等を手がけている。具体的には、金属タンパク質の高機能化・機能改変への挑戦、合成補因子を用いたヘムタンパク質の機能解明、超分子タンパク質複合体の形成、バイオハイブリッド触媒の開発、新規ポルフィリノイド化合物の合成と反応性の検討を実施している。

当研究室では，“ものづくり”の基礎研究に主眼をおき、シンプル（入手容易）な原料から使える物質（分子）の新しい合成方法の開拓を目的とし、効率性、選択性、およびグリーン性を備えた方法論を重視して研究しています。使える分子として有機合成に有用なビルディングブロック、機能材料を指向したフラーレンの誘導体、および天然物に導ける骨格などを取り上げ、それらの合成の新手法の開発を検討しています。

機能性無機材料に関する幅広い研究を行っている。現在は特に、イオン伝導性固体、ガスセンサ、環境触媒、無機顔料、蛍光体などの創成を目指し、新規な材料開発を行っている。イオン伝導性固体では、世界で始めて3価および4価カチオン伝導を実証した。環境触媒分野では、従来の触媒よりもはるかに低温で環境汚染ガスを浄化可能な触媒を創成し、無機顔料開発では、無害でありながら発色の良い顔料を実現した。

高分子材料化学領域では機能性高分子の精密設計・合成と物性・機能評価を研究しています。医療、環境、エネルギー分野での応用を目指した高分子ナノ多孔体の新規合成法の開拓と機能開発、地球温暖化抑制に寄与できるセルロース、植物油脂をはじめとする再生可能資源を利用するバイオマスプラスチックの創製と物性制御、生理活性ガスを中心とする生理活性物質の放出能を有する自己組織化プロドラッグナノ粒子の開発を行っています。

有機分子が持つ光機能・電子機能に着目し、材料としての基礎的な性質を明らかにするとともに、材料の特長を活かした光・電子デバイスへと応用することを目標としています。このような研究分野は有機エレクトロニクスと呼ばれ、有機ELや、有機トランジスタ、有機太陽電池などがターゲットとなります。一分子の性質をデザインする有機化学から、半導体工学をベースとしたデバイス物理まで、異なる分野の視点から学際的な研究を行っています。

化学の世界では原子・分子が集まって形を作ろうとしています。その摂理によって生み出されたものの中で、もっとも美しいものが結晶です。私たちの研究室では、分子が「自然と集合する性質」と「集合する時に相手を見分ける性質」を利用して、結晶中で分子の配列を制御しようとしています。このような２つの基本的な性質を利用した化学は「超分子化学」と呼ばれ、多様な分子を思い通りに集合させることによって、新たな機能性材料の開発が期待できます。

セルロースナノファイバーとは、幅4-15nmのとても微細な繊維であり、地球上すべての植物に含まれる無尽蔵な天然資源です。 2008年、私達はこのナノファイバーを使って「透明な紙」をつくることに世界で初めて成功しました。そして現在は、新たなセルロースナノファイバー材料の開発、透明な紙を用いた電子機器：ペーパーエレクトロニクスの研究を行っています。

半導体製造における極端紫外光リソグラフィ、粒子線ガン治療等、今後電離放射線領域にある量子ビームの利用が大きく展開して行くことが予想される。量子ビーム物質科学研究分野では最先端の量子ビーム（電子線、極端紫外光、レーザー、放射光、X線、ガンマ線、イオンビーム）を利用して、量子ビームが物質に引き起こす化学反応と反応場の研究を行っている。量子ビームによる物質へのエネルギー付与から、化学反応を経て、機能発現に至るまでの化学反応システムの解明、得られた知見から新規化学反応システムの構築を行っている。