マテ系学部生へ


for-3rd

研究室配属を控える学部3年生へ

研究室を決めるにあたって

研究室は卒論を仕上げるためだけでなく、その後における物事の考え方の基本を学ぶ場です。
また同じ研究室に所属した先輩・後輩や同級生同士の関係など将来にわたっての貴重な人間関係を作っていく場でもあります。
もちろん研究以外にも様々なイベントがあり人生の中できわめて濃密で楽しい時間です。
いずれにしても研究室担当者や先輩たちの醸し出す“雰囲気”はいろんな意味でその後の研究者・技術者としての進路に大きな影響を与えます。どの研究室のどの研究テーマであっても、教科書にはない新しいことに取り組むわけですから、ただ”楽な”だけのテーマなどないと思います。そう言った意味から、自分が現在何に興味があり、何をやってみたいのか、 よく考えて卒論研究室を選択してください。
我々の研究室は、「ナノワールド」という競争の激しい分野にあって世界でもトップレベルの研究を目指しています。また、環境科学研究科の新日鐵住金連携講座に進学した学生の里親研究室としても共同しつつ研究に取り組んでいます。
そのような独自性の高い困難な研究に対して、学部・大学院(特に博士課程)にわたって、関連するチームと協調しつつ熱心に粘り強く取り組んでいただける方を歓迎します。(和田山)



動画:超高真空装置を用いた実験




学生からの研究テーマ紹介

  • D1:林 謙汰

    出身:福島県
    趣味:映画鑑賞(最近はホラー履修中)

    研究テーマ
    よく規定されたIr基合金およびIr酸化物の電極触媒特性

    研究内容
    水素社会の実現には(i)化石燃料に頼らない水素製造技術と(ii)水素を用いた発電技術の両方の発展が必要です。そして、いずれの場合にも触媒材料開発が極めて重要とされています。そこで私はIr(イリジウム)に着目し、優れた触媒の開発を目指した研究を行っています。(i)まず水素製造に関して、Ir酸化物は固体高分子型水電解用触媒として用いられています。しかし、貴金属であるIrの使用量削減が必要で、単位Ir量あたりの触媒特性を高めることが求められています。(ii)また水素による発電についても、Ir基合金は固体高分子形燃料電池の次世代触媒として高いポテンシャルを秘めています。現在実用化されているPt(白金)系触媒は、装置の劣化原因となる過酸化水素発生が問題視され、長寿命化に向けた新たな触媒材料開発が検討されています。Ir基合金はその候補の一つですが、基礎的な知見は未だ限られています。これらの課題に対し、本研究室の特色である原子レベルで構造制御したモデル触媒を駆使して、基礎的な側面から取り組んでいます。


    ひとこと:

    思い立ったが吉日思い立ったが吉日

  • M2:金内 貴文

    出身:山形県
    趣味:スカッシュ、ラーメン


    研究テーマ
    気相合成SnO2電極の構造とオゾン生成特性


    研究内容
    自然分解性を有し、強力な酸化剤として知られるオゾン(O3)は、浄水場における水処理、医療機器や半導体の洗浄など様々な分野での活用が期待されています。オゾンは水電解によりアノードで酸素とともに生成します。現在、アノードの低コスト化を目的としてSnO2電極の実用化が検討されていますが、低反応効率や低耐久性といった課題を抱えています。これらの解決にはSnO2の構造がオゾン生成特性に及ぼす影響を調査することが必要です。そこで私は、均一な薄膜の合成が可能である気相合成(真空蒸着)法により、様々な条件でSnO2を合成することで、その構造の変化がオゾン生成特性に与える影響を調査しています。


    ひとこと:今年もよろしくお願いします。


  • M2:千田 祥大

    出身:生粋の仙台市民
    趣味:ゲーム・パズル・クイズ等, テニス


    研究テーマ
    Pt/セラミックス触媒のモデル構造解析と触媒特性評価


    研究内容
    固体高分子形燃料電池(PEFC)カソード触媒について、希少かつ高価でありながら高い酸素還元反応(ORR)活性を示すPtを強酸性・電位変動負荷の過酷な環境下で有効に使うための研究が、様々なアプローチで進められています。Ptは少量でも大きな表面積が得られるようにナノ粒子状にして利用することが多く、それらを電極全体に分散させつつ集電体の役割を兼ねるものを担体と言います。現在、導電性の高さや生産コスト等の点でカーボンブラックが担体に使用されていますが、カーボンは実動作環境で構造劣化しやすく、触媒の耐久性に課題があります。私の研究テーマでは、炭素に変わる構造安定な担体材料として注目されているスズ酸化物やチタン酸化物といったセラミックス材料を担体に使用することで、担持されるPtにどのような影響(触媒活性・耐久性の変化等)があるか、表界面構造と電気化学特性の関係性について調査しています。


    ひとこと:外出するの好きなんだけど、何かと枷の多いご時勢ね……


  • M2:木村 杜倫 日本製鉄連携講座:市川研(里親研究室)

    出身:宮城県
    趣味:読書、筋トレ、シャドバ



    ひとこと:やばい人歓迎


  • M1:霞 裕幸

    出身:千葉県
    趣味:美術鑑賞 映画鑑賞 ゲーム全般


    研究テーマ
    Pt/Nb/Pt(111)モデル触媒表面の酸素還元反応特性

    研究内容
    固体高分子形燃料電池(PEFC)は水素を燃料としてその化学エネルギーを直接電気エネルギーとして取り出すことが出来、また排出物が水のみであることから環境負荷の小さい発電デバイスとして注目されています。しかしPEFCのカソードには触媒としてPtナノ粒子が多量に使用されているため、Pt使用量を低減する取り組みが行われています。その中でもナノ粒子内部を遷移金属Mに置き換えたPtシェル/Mコアナノ構造が高い触媒活性を示すため広く研究されている一方で、PEFC動作環境におけるコア材料の溶出による触媒活性の低下が実用化を目指す上での課題となっています。本研究ではコアシェル型カソード触媒の高耐久化を狙い、遷移金属の中でも酸性環境下で高い耐食性を示すNbに着目しました。アークプラズマ蒸着法によりPt(111)単結晶基板上にNbとPtを蒸着してモデル触媒を作製し、コアシェル型モデル触媒の表面状態と触媒活性および耐久性の関係について調査しています。

    ひとこと:定時で帰る瞬間が、一番生を実感する


  • M1:木村 功輝

    出身:神奈川県
    趣味:コーヒー、麻雀、野球観戦

    研究テーマ
    第三元素を添加したPt基合金表面の酸素還元反応特性


    研究内容
    先日、菅首相から2050年までにカーボンニュートラル(温室効果ガスの排出ゼロ)を目指すという方針が示されたことからも社会の環境問題に関する関心が高まっています。脱炭素社会を達成する上で固体高分子形燃料電池(PEFC)が次世代エネルギー源として注目されており、研究も盛んに行われています。酸素還元反応(ORR)が進行するPEFCのカソードでは電極触媒として低白金化、高活性化の観点からPtと遷移金属Mの合金の実用が期待されていますが、高pH、電位負荷環境においてMは容易に溶出し劣化してしまう問題点が存在しています。近年、Pt基合金に第三元素を添加することで劣化の抑制(耐久性の向上)が報告されていますが十分な検討はなされていません。私の研究では超高真空中で単結晶基板を用い、第三元素を添加したPt基合金のモデル電極触媒を作製し、添加元素の位置、量または種類がORR特性にどのような影響を与えるかを調査しています。

    ひとこと:最近、コーヒーミルを買いました


  • M1:佐藤 陸 日本製鉄連携講座:森口研(里親研究室)

    出身:愛知県

    日本製鉄連携講座とは
    B4で環境系の研究室(葛西研・成田研・和田山研)を選択した場合、大学院の進路としては青葉山・片平の研究室の他に、日本製鉄連携講座を選択することができます。
    連携講座の研究は、千葉県にある日本製鉄株式会社の研究所で行われます。そのため学生は宮城から千葉に引っ越し、会社の寮で生活することになります。
    仙台を去るのは寂しいですが、つながりが失われるわけではありません。学部時代に所属していた研究室が「里親研究室」となり、様々な面からサポートしてくれます。また学校行事の際には仙台に帰り、里親研究室の一員として参加することができます。

    研究テーマ
    ベイズ最適化を用いた合金の原子配列予測の効率化

    研究内容
    合金の原子配列様式は、その合金の物性に関わる重要なパラメータになります。しかし通常、計算解析を用いて、ある合金の最安定な原子配列様式を特定するには膨大な時間を必要とします。そこで私はベイズ最適化と呼ばれる機械学習手法を導入することで、このプロセスを効率化する取り組みを行っています。


  • B4: 安達 淳

    出身:秋田県
    趣味:卓球、卓球、卓球


    研究テーマ
    Pt/SnO2/Pt(111)表界面構造と酸素還元反応特性


    研究内容
    燃料自転車などに使用されている固体高分子形燃料電池(PEFC)のカソードに対し有効なPt。しかし、Ptは高価であるため、Ptナノ粒子を炭素に分散させた触媒が使用されています。しかし、PEFCの起動停止時に炭素が酸化溶出するという欠点がありました。触媒の耐久性が高くなければ、より一般普及は困難になります。僕の研究では、炭素の代わりとして期待されている酸化スズに対し、薄膜状の酸化スズ上にPtを堆積させたモデルを作製し、様々なパラメータを変化させることで実触媒の根本的なメカニズムを「表面・界面」から明らかにすることを目標としています。


    ひとこと:冷静に考えて真空チャンバーって見た目カッコよくね?


  • B4:坂田 良真

    出身:北海道
    趣味:深夜ラジオ、サッカー、スノボ


    研究テーマ
    気相合成SnO2電極のオゾン生成特性


    研究内容
    私たちが安全な暮らしをする上で、水道水は常にきれいである必要があります。水道の浄化処理の過程で近年オゾンの利用が注目されています。オゾンは強力な酸化剤として殺菌や脱臭効果がある一方で、残留性が低く、環境に優しいという特性を持つためです。この特性を生かし、水道に限らず食品や半導体などさまざまな分野に”清潔さ”をもたらします。 現在オゾン生成法としては気体の酸素に強い電圧をかけてオゾンを生成する方法が一般的です。しかし、環境負荷が大きく、オゾン生成効率も悪いという問題があります。そこで従来の生成法に代わり水の電気分解によってオゾンを生成する研究が行われています。水を電気分解すると水素と酸素が発生しますが、SnO2のような特定の材料を電極に用いることでオゾンも発生します。本研究ではこのSnO2モデル電極を作製し、電気分解によるオゾン生成特性を調査しています。

    ひとこと:たくさんおごります!


  • B4:髙野 智也

    出身:宮城県
    趣味:PlayStation® 5br>

    研究テーマ
    Pt/Nb/Pt(111)表面の酸素還元反応特性

    研究内容

    固体高分子形燃料電池(PEFC)をより広く普及させるために、カソードにおける酸素還元反応(ORR)の触媒に用いている白金ナノ粒子を、より低コストで、かつ長期間の使用に耐えうる触媒に置き換えることが求められています。そこで、Co, Niなどの遷移金属とPtのコアシェル構造の触媒が、Pt使用量の低減につながり、また、Ptよりも高いORR活性を示すことが報告されてきました。しかし、PEFCの動作環境である高電位、低pH環境下において、コアに用いた遷移金属の溶出にともなう低い耐久性が課題であり、より安定なコア材料を探索する必要があります。本研究では、高い耐食性をもつ早期遷移金属の一つであるNbに注目し、Pt(111)基板上にNbとPtを交互堆積したモデル触媒を作製して活性と耐久性を調査しています。

    ひとこと:カタンしたい


  • B4:富森 雄

    出身:埼玉県
    趣味:旅行


    研究テーマ
    Pt-Ir合金表面の水素酸化反応及び過酸化水素生成特性


    研究内容
    固体高分子形燃料電池PEFCの通常運転時にはカソードでは酸素還元反応、アノードでは水素酸化反応HORが起こっています。現在アノードではHORを促進する触媒としてカーボン担体上に白金ナノ粒子を担持したPt/C触媒が用いられています。しかしカソード側の酸素が固体高分子膜PEMを通り抜けて拡散し、アノードに達すると過酸化水素生成反応が起こります。過酸化水素はPEM内の不純物と反応してラジカルとなり、ラジカルがPEMを劣化させ、PEFCの性能低下につながります。したがって、高いHOR活性を持ちながら過酸化水素生成特性は低い新規アノード触媒の開発が求められています。本研究ではIr-Pt合金触媒に注目しました。Pt単結晶上にIrをアークプラズマ蒸着した試料を作製し、走査型電気化学顕微鏡(SECM)を用いてHOR活性と過酸化水素生成特性を評価します。


    ひとこと:冷凍庫が欲しいです。


  • B4:三宅 翔樹

    出身:神奈川県
    趣味:ライブ参戦、プロ野球観戦(北海道日本ハムファイターズ)


    研究テーマ
    Ir添加PtNi(111)の酸素還元反応


    研究内容
    近年低炭素化社会に向けて様々な手段が講じられていますが、自動車等に用いる燃料電池、固体高分子形燃料電池(PEFC)の高効率化も有効な手段です。PEFCのカソードで進行する酸素還元反応は全体の律速なので、反応を進行させるカソード触媒が重要になってきます。現在は初期活性の高さから白金-M(M=Ni, Co)合金が注目されていますが、動作環境中でMが溶出してしまい活性が劣化してしまうのが課題となっております。これに対して新たな第3元素を添加して高活性と高耐久性を両立する触媒材料の開発が、最近の研究対象となっております。私の研究では、超高真空装置内で基板状にナノスケールで原子を堆積させていくことでモデル試料を作製し、PtNi合金の表面や内部にイリジウムを添加した際の 触媒特性への影響を調査しています。

    ひとこと:よい研究室選びを!


  • B4:横井 瑞穂

    出身:茨城県
    趣味:Splatoon(エンジョイ勢)、旅行、読書

    研究テーマ
    気相合成Ir酸化物の酸素発生特性


    研究内容
    水の電気分解によって水素を製造する固体高分子型水電解のアノード触媒について研究しています。水の電気分解ではアノードで酸素発生反応、カソードで水素発生反応が起こります。水素はカソードで発生しますが、カソード側と比較してアノード側の過電圧が高いため、アノードの電極触媒特性を向上させることは水素発生効率に大きく影響します。アノードは高電位かつ低pHに晒されるためイリジウムやルテニウムといった貴金属の酸化物が使用されています。本研究では和田山研究室のチャンバーを用いて二酸化チタン基板上にイリジウム酸化物を蒸着したモデル触媒を作製し、電気化学測定や構造解析を行うことで触媒特性を調査しています。