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研究紹介

化学は物質の変換すなわち化学反応を扱う学問であるとともに、物性を電子構造・分子の配列と相互作用などとの関連で論じ機能分子・材料の設計を探求する学問として、ますますその分野をひろげつつあります。分子工学は、原子・分子・高分子などがかかわる微視的現象を対象とする基礎学問を支柱として、原子・分子・高分子の相互作用を理論・実験の両面から解明しその成果を分子レベルで直接工学に応用してゆきます。

分子工学専攻の研究概要と担当教員

研究室 概要 担当教員
生体分子機能化学講座 分子生物学的手法を用いたタンパク質の構造と機能の解析
細胞内のさまざまなイベントは、蛋白質の複雑な複合体(分子機械=モレキュラー・マシナリー)の緻密な働きによって営まれている。当研究室では、生体分子(蛋白質・核酸)のNMR・X線による立体構造解析を通して、蛋白質の翻訳後修飾や蛋白質や小胞の細胞内輸送、蛋白質の運命決定といった細胞機能を研究する。その過程にかかわる蛋白質-核酸、蛋白質-蛋白質、蛋白質-脂質間の相互作用の特異性を、複合体の立体構造解析により原子レベルで明らかにする事を目指す。
これらの複合体の解析には新規のNMR実験手法やソフトウエアなどの方法論を適宜独自に開発することも必要である。またNMR装置は イメージング(MRI)に用いることにより細胞生物学への応用も可能である。これらの方法論の開発も視野に入れつつ、総合的に研究する。

白川昌宏
菅瀬謙治
森本大智

 

分子理論化学講座

量子化学および統計力学に基づく分子理論の開発とその展開

一つ一つの分子は量子化学で理解できるが、分子が集合すれば集団としての性質が現れる。自然には階層構造があり、総合的な視点が化学現象の理解にとって重要である。我々は量子化学、統計力学や動力学などを総動員した独自の分子理論の開発を行っている。 現実の化学反応・化学過程は複雑であるが、こうした理論の展開を通じて、溶液や生体内分子などを含む、幅広い化学現象に対する普遍的な理解の確立を目指している。

佐藤啓文

佐藤 徹
福田良一(触媒・電池元素戦略ユニット)
中農浩史

量子機能化学講座 分子ナノ工学材料の設計と合成
導電性,超伝導性,強磁性などの電子機能を有する新規な有機分子材料,高分子材料の理論的設計と合成を 並行して行い,その物性解析を通して機能発現の本質に迫る基礎研究を行っている。特に理論的研究においては 単なる計算解析に終わらず,電子挙動の本質を理解する点に重心を置いている。さらに,フラーレン,カーボン ナノチューブ,及びリチウムイオン電池の電極材としてエネルギー産業において重要な位置を占め始めている アモルファスカーボンなどの新炭素系電子材料の開発と電子物性解析に関する研究も行っている。

伊藤彰浩

PARK, Jaehong

笛野博之

触媒反応化学分野 光触媒、酸塩基触媒などの高性能触媒の開発
触媒はあらゆる化学工業プロセスの基本となるものである。本分野では触媒の開発には分子レベルで触媒の 機能解明をはかることが必要であるとの観点に立ち,触媒反応の活性種,反応中間体の構造を静的及び動的 (作用状態下)で明らかにすると共に,その成果を基に新規触媒反応の開発を行っている。具体的には 金属あるいは金属酸化物触媒及び酵素モデル触媒としての非ヘム鉄錯体触媒について種々のスペクトルを 測定すると共に,固体触媒上での光触媒反応や炭酸ガスの還元,酸塩基反応、酸素化酵素モデル触媒を用いる不活性炭化 水素の酸素化反応の開発を行っている。

田中庸裕
寺村謙太郎

細川三郎(触媒・電池元素戦略ユニット)
朝倉博行 (触媒・電池元素戦略ユニット)

光有機化学分野 人工光合成系などの光機能性材料の開発
本研究室では有機化学および光化学を基盤とした基礎および応用研究を行っています。具体的には、ポルフィリンやフラーレン・ナノチューブを用いた人工光合成系の構築、およびビスマス、リン等のヘテロ元素の特性を活かした合成試剤と光機能性材料の開発を行っています。

今堀 博
梅山有和

東野智洋

高野勇太

物性物理化学分野 光・電磁波と物質の相互作用を基礎とした機能物質・ナノ構造材料開拓と物性制御
電磁波・光量子・放射線と物質との相互作用は、さまざまな化学反応を引き起こし、一般の熱化学反応では生み出すことのできない過渡活性種を生成します。商 業的な大量合成反応としては不向きな反面、物質の本質を知るためのツールとしては、とても重要な役割を果たします。本研究室では、この物質との相互作用を 巧みに利用して、従来の分光学や解析手法の範疇に当てはまらない、“分子・集合多物性”の本質を明らかにするための新しい分子分光法の開発を推進していま す。これをもとに、光・電気的・磁気的特性に優れた共役高分子・低分子材料や生体高分子材料の合成・集積化・ナノ構造化・機能化などを原点に、我々にしか 知りえない物質の機能を引き出すための分子・分子集積構造・分子変調構造の設計図を見出すための研究へと展開しています。

関 修平

櫻井庸明
酒巻大輔

量子物質科学分野 ダイヤモンド等の固体材料の物質科学研究と量子センサや量子情報素子の開発研究
ダイヤモンド中の不純物には、窒素(N)と炭素が抜けてできた空孔(V)の対からなるNV中心と呼ばれるものがある。NV中心は優れた特性から、センサ、バイオマーカ、量子情報等の幅広い分野において学術および応用の両面から注目される。センサでは、超高感度、かつナノレベルの超高空間分解能で室温において動作する磁場、電場、温度などのセンサとしての応用が期待されている。量子情報分野では、盗聴者がいると必ず分かる絶対に安全な通信や、ある種の計算においてスーパーコンピュータを遥かに凌ぐ、量子コンピュータ・量子シミュレータへの将来の応用が期待されている。我々は物質科学と量子センサや量子情報素子開発の観点から、NV中心等の基盤研究を行っている。

水落憲和

正井博和

森下弘樹

藤原正規

分子レオロジー分野 物質のダイナミックスと流動変形特性の分子論的解明
本部門は分子レオロジー領域を担当しており,高分子を中心とする有機材料の機能の向上及び新しい機能の 開発のために,材料特性を分子レベルで解明してい る。粘弾性,流動特性,誘電分散,光散乱,超遠心沈降, 動的複屈折などの実験的手段と統計力学などの理論的手法を用いて,次のような研究を行っている。3 名の スタッフがほぼ対等にすべてのテーマに関与している。(1)物質の流動と変形特性(レオロジー)粘度,弾性率 などの物性定数,応力の緩和時間や緩和機構な どの,分子レベルの理解。(2)高分子物理化学・種々の状態での 高分子の構造,拡散,内部運動の理論と測定,及び巨視的特性との関係の解明。(3)表面・界面にお ける有機 分子の特性・分子の吸着状態と運動の測定・解析法の確立,吸着分子の機能発現機構の解明,吸着状態の制御。 Ⅲ有機ガラスの特性 分子運動とガラス 転移の機構,および力学的・光学的特性の発現機構の解明,新規材料の 設計。

渡辺 宏

松宮由実
土肥侑也

有機分子材料分野 有機ELなど高分子系機能材料の構造解析および機能設計
高性能高分子材料の構造制御を目指して,高分子の固体構造や水素結合などの相互作用を研究するとともに, 耐衝撃性などの巨視的性能と材料中の多様な分子 運動との関係を明らかにするための基礎研究を行っている。 主な研究は以下の通りである。(1)結晶,液晶,ガラス,膨潤状態における構造及び分子動力学(堀 井,梶) 一次元及び二次元固体NMR法により,高分子鎖を構成する個々の構造単位について,1Hz程度から1012Hz程度の 広い周波数にわたる分子運動を精密に解 析し,各状態の高分子の動的な特徴を調べている。(2)液晶形成機構 (綱島,堀井)リオトロピック液晶と液相の共存曲線付近での分子構造・配向の変化を追跡 し,転移機構の過程 を調べている。(3)セルロースの構造形成(堀井,平井) バクテリアセルロースの生合成,結晶化,高次構造 形成過程並びにこれらに影響する 因子をNMR,電子顕微鏡などにより研究している。Ⅲ溶液状態でのダイナミ クスと構造発現(綱島) 分子の構造や分子形態の安定・不安定性は熱的・流体力学的 条件下での系のゆらぎに 関係する。熱平衡場や定常流動場での関係を散乱法で調べている。

梶 弘典

志津功將

鈴木克明

電子物性科学分野

細孔物理化学分野

SIVANIAH, Easan

GHALEI, Behnam