Home樽谷 直紀 准教授 インタビュー
2022年度 創発的研究支援事業（JST） 採択者
ナノ粒子をブロックのように组み合わせ
まったく新しい机能性材料を生み出す
ナノ粒子が集まることで新たな机能が见つかるのでは
私の専门は无机材料化学という研究分野です。身の回りの製品に使われる材料は金属材料、有机材料、无机材料の大きく3种类に分かれます。金属材料は金属元素を、プラスチックなどの有机材料は水素、炭素、酸素を主体とします。これら以外はすべてが无机材料で、セラミックスなどに代表されます。
大学で材料工学の中でも无机材料を选んだのは、材料の表面にちょっと加工しただけで水をすごく弾くようになったり、特定の光を反射したり、さまざまな机能を付加できることに面白さを覚えたからです。2023年のノーベル化学赏は、无机ナノ材料のひとつである「量子ドット」に関する研究でした。量子ドットとは「量子闭じ込め効果を発现する约10ナノメートル（1ミリメートルの10万分の1）サイズの粒子」のことです。人类は量子ドットの効果をそれと知らずに千年以上も前から利用してきました。たとえばステンドグラスの鲜やかな赤色の多くは金の量子ドットによるものですし、古代ローマ时代には硫化铅の量子ドットが黒染めに用いられていました。现在では高精细な尝贰顿ディスプレイや生体イメージング、太阳电池など多岐にわたる用途が开拓されています。そうした研究を学ぶなかで、无机材料からのナノ材料开発に魅力を感じるようになりました。
现在とくに力を入れているのが、电池などのエネルギー材料や、自动车の排ガスなどを浄化する触媒などへの利用をめざした无机材料の合成です。なかでも「ナノメートル」から「マイクロメートル」という原子レベルよりも大きいサイズの领域で特定の构造を有する材料の开発に取り组んでいます。
ナノ材料の开発にもいろんなアプローチの方向がありますが、私の研究の特徴はナノ材料の「构造」に重点を置いているところです。ありふれた元素の组み合わせでも、构造が変わると、新しいとても役立つ机能を発挥することがあり、そのさまざまなパターンを研究しています。おもちゃの「レゴブロック」に例えるならば、他の多くのナノ材料の研究者は「レゴそのものの形」をいろいろ研究しているのに対して、私の研究は「レゴの组み合わせ」で新しく役立つ构造を作る试みになります。
ナノ材料の「构造」をレゴを组み変えるように変化させることで、新たに役立つ机能を発挥する可能性がある。樽谷先生は、その可能性を探求している。
エネルギーや环境に贡献する新素材を作りたい
私の研究テーマが、2022年度の创発的研究支援事业（JST）に採択され、7年间という长期の支援を受けられるようになったことは、とてもありがたく感じています。広岛大学からのサポートも手厚く、弾力的活用スペースの研究室を与えてもらい、スタッフ?学生たちと研究に取り组んでいます。
実験室での樽谷先生
これまでの研究成果の一つが、水酸化ニッケルと水酸化コバルトという２つの无机物のナノ粒子を2ナノメートルの大きさで合成して并べて构造を作ると、それまでなかった机能を発现することがわかったことです。２つの水酸化物はニッケル水素电池の正极や电気化学触媒などに使われます。ニッケルとコバルトを原子レベルで混ぜ合わせるとバッテリー性能が上がることが知られています。マイクロメートル（1ミリメートルの1000分の1）のスケールで混ぜ合わせても、そうした性能の向上は起こりませんが、ナノ粒子のスケールで混ぜてみると、原子レベルで混ぜたときと同様にバッテリー性能が向上することを见出しました。ナノ粒子同士が集积して作る构造がそのような现象を起こしたと考え、解析しているところです。
今后の研究の目标として、贵金属、とくに白金（プラチナ）を代替する材料を作れないかと考えています。白金などの贵金属は、排ガスの分解や水を电気分解して水素を取り出す反応に使われています。现在、地球温暖化の问题から、化石燃料に代わるエネルギー源として水素が注目を集めていますが、高価な贵金属に代わる材料が开発できれば、环境にも大きな贡献ができるはずです。
「多元复合クラスター」の可能性を追い求める
この研究でやるべきことは大きく３つ、ナノ材料や集积体を作る「合成」と、その构造の「分析」、そして「机能」の开拓です。现在は「合成」の手法开発を进めており、鉄やニッケル、アルミニウムなど贵金属以外の金属材料や硫化物、窒化物などの无机材料について10 nmを下回る大きさのナノ粒子化ができつつあります。発展的には、これらナノ粒子を「ブロック」として集积することで、新たな机能を创出する方面でも成果が出せるのではないかと考えています。
今回の创発研究のタイトルにある「多元复合クラスター」という言叶は造语であり、様々な种类のナノ粒子（多元）を特定の周期や次元性のもとに组み合わせて（复合）、集积した材料（クラスター）を意味します。これからの数年で、世の中を大きく変える材料につながる成果を、多元复合クラスターによってぜひ生み出したいと思っています。
