山元・今岡研究室

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原子ひとつの違いが、物質を変える。

山元・今岡研究室は、金属の原子を1個ずつ扱う、精密な無機合成化学を研究しています。
デンドリマーという枝分かれした高分子を鋳型に使い、金属原子の個数や組成を決めて集めます。
こうしてつくる1nmを切るサブナノ粒子は反応性に富み、燃料電池の電極触媒や光触媒に優れた特性を示します。
原子を直接見られる電子顕微鏡も使い、材料科学の限界点だったサブナノの世界を切り開いています。

Research研究课题

デンドリマーという高分子の鋳型を使い、金属原子の個数や組成を決めてサブナノ粒子をつくる方法を開拓してきました。原子を直接観察しながら、この未開拓な大きさの物質がもつ性質と機能を調べ、社会実装を進めています。

※示意图

金属を並べるデンドリマー↗

デンドリマーの内部には電子的な勾配が自然にでき、金属を内側から順に集める性質があります。これを使い、多種の金属を個数と位置を決めて並べる精密金属集積を世界で初めて報告しました。

※示意图

サブナノ粒子の精密合成↗

デンドリマーを使って金属の原子数や配合比を制御する「アトムハイブリッド法」を開拓しました。白金なら12、13、19個というように原子の数を指定して粒子をつくれます。

※示意图

サブナノ粒子の構造を見る↗

サブナノ粒子は結晶にならず形が絶えず変わるため、X線回折では構造が分かりません。球面収差を補正した電子顕微鏡で原子分解能の動画を撮り、構成する原子の数を直接数えています。

※示意图

サブナノ粒子の物性と機能↗

サブナノ粒子は9割を超える原子が表面に出ているため反応性が高く、19個の白金からなる粒子は燃料電池の酸素還元に高い触媒活性を示します。別の元素のようにふるまう「超原子」の合成にも取り組んでいます。

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