| 研究領域 | 水圏機能材料：環境に調和・応答するマテリアル構築学の創成 |
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| 研究課題/領域番号 |
22H04533
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
理工系
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| 研究機関 | 信州大学 |
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研究代表者 |
手嶋 勝弥 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (00402131)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2023年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | フラックス法 / 結晶 / 水圏機能材料 / 原子配列 / 計算科学 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究の期間内の課題は以下2つである。
課題(1) 計算化学および精密分析併用による超空間原子配列決定因子の解明
課題(2) 準安定相を活用した水圏機能材料の高機能化と新規材料探索
具体的には，対象化合物を拡大するために精密解析および計算化学／機械学習を導入し，原子配列と空間群に依存性が無い化合物の原子配列を詳細に理解するモデルを構築する。
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| 研究実績の概要 |
本研究は，次の2つの課題から成る。課題(1) 計算化学および精密分析併用による超空間原子配列決定因子の解明，ならびに課題(2) 準安定相を活用した水圏機能材料の高機能化と新規材料探索
令和4年度は，XAFS分析を活用し，NiFe系LDHホスト層内の原子配列の詳細な理解に努めるとともに，動径分布関数から，その原子配列を予測した。それらの結果，各金属原子周りの秩序性の違いから，ホスト層内の金属原子配列を高確率で予測できる方法を見いだした。このように，ホスト層の正電荷の配列が，電荷補償する陰イオン間の相互作用を支配する可能性を実証できた。
令和5年度は，前年度課題を継続するとともに，特に，さまざまな反応中間体を経由し，優れた特性を発現する最終構造の構築に努めた。MgAl系，NiFe系あるいはNiCo系LDHホスト構造に対し，ホスト層の2価・3価金属イオンの元素置換を実施し，多元素置換により特異な性能を獲得できることを確認した。層状結晶構造／原子配列を制御することに関し，具体的には，静的アプローチにより，イオン－イオン／水分子の相互作用がイオン選択性の向上に，動的アプローチにより，積層方向の構造柔軟性が吸着容量の向上に影響を及ぼすことを明らかにした。この際，QCM-Dその場観察により，緩慢な層間相互作用が積層構造の不安定化を抑制することも見いだした。これらの計算・実験の結果，ホスト層の正電荷の配置が，電荷補償する陰イオン間の相互作用を支配するとともに，ホスト層の正電荷密度が積層方向の構造柔軟性を支配することがわかった。
さらに，結晶材料から創製したナノシートとカーボンナノ材料を多層積層させたり，混合することで，優れた分離能をもつハイブリッド材料を作製できる可能性を見いだした。これらの新規材料の創製に関し，計算科学的アプローチだけでなく，データ駆動的実験アプローチやハイスループット実験も取り入れ，効率的な材料創製を実現できた。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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