学術的背景 水素化分解反応（hydrogenolysis）は、分子水素の添加によって化学結合を切断する基礎的な化学反応であり、バイオマスや石油などの原料を高価値の化学品や燃料にアップグレードするために広く応用されています。さらに、水素化分解反応は、製薬や精密化学工業においても、複雑な分子構造を合成するための重要なツールです。しかし、従来の水素化分解反応は、高温高圧条件下での不均一触媒に依存しており、その選択性は限られています。近年、均一触媒は、より温和な条件下で高い選択性を提供する有望な代替方法として注目されています。それにもかかわらず、炭素-ハロゲン結合（C-X結合）の均一水素化分解反応、特にトリチウム化（tritiation）や重水素化（deuteration）反応は、まだ解決されていな...

学術的背景 ゼオライト（zeolite）は、規則的な孔構造を持つ微孔材料であり、触媒、吸着、イオン交換などの分野で広く利用されています。その独特な孔構造と化学的特性により、ゼオライトは石油化学、環境保護、エネルギー貯蔵などの分野で重要な価値を持っています。しかし、ゼオライトの合成と構造制御には依然として多くの課題があり、特に超大型孔ゼオライトの合成と構造安定性に関しては大きな挑戦となっています。従来の合成方法ではゼオライトの構造を精密に制御することが難しく、トポタクティック変換（topotactic transformation）は、原子スケールでの構造変化を通じてゼオライトの指向性合成と構造制御を実現する重要な戦略として注目されています。 本研究では、時間分解三次元電子回折（3D elec...

学術的背景 世界的な水資源とエネルギーの不足は、特に乾燥地帯や遠隔地で深刻であり、気候変動の悪化によりその問題はさらに緊急性を増しています。伝統的な水資源やエネルギーの確保方法、例えば海水淡水化や大規模な電力送電は、コストが高く、技術的に複雑で、資源が乏しい地域では実施が困難です。そのため、大気中から直接水分を収集し、それを清潔な水とエネルギーに変換する持続可能な技術の開発が、現在の研究の焦点となっています。大気水分収集（Atmospheric Water Harvesting, AWH）技術は、自然界の露や霧を利用して、乾燥地帯や遠隔地に清潔な水資源を提供し、従来の集中型システムへの依存を減らす分散型の解決策を提供します。しかし、AWH技術をエネルギー生成、特に電気分解による水素と酸素の生...

学術的背景 グリーンエネルギーに対する世界的な需要の高まりに伴い、燃料電池や金属空気電池はその高いエネルギー密度から、エネルギー変換と貯蔵の有望な解決策と見なされています。しかし、これらの技術の商業化は、カソードにおける酸素還元反応（Oxygen Reduction Reaction, ORR）の遅い反応速度によって制限されています。現在、白金（Pt）とその合金は、効率的な4電子プロセスと優れた触媒性能により、最も効果的なORR電極触媒とされています。しかし、Ptの希少性と高コストのため、非貴金属や金属フリーの電極触媒を探求することが研究の焦点となっています。 炭素系材料は、その高い導電性、低コスト、耐腐食性から、有望な代替材料とされています。しかし、Pt系触媒と比較して、炭素系材料は同様の...

二機能性Cu₂O/g-C₃N₄ヘテロ接合：高性能SERSセンサーと光触媒自己洗浄システムによる水質汚染の検出と修復 学術的背景 工業化と農業活動の急速な拡大に伴い、水質汚染は世界的な環境問題として深刻化しています。染料、抗生物質、農薬などの有害物質が水生生態系に直接または間接的に排出され、水生生物の生息地を破壊し、食物連鎖を通じて人間の健康に重大なリスクをもたらしています。従来の水処理技術では、これらの持続性、隠蔽性、複雑性を持つ汚染物質を完全に除去または分解することが困難です。そのため、効率的な検出と修復が可能な多機能デバイスの開発が重要となっています。 表面増強ラマン散乱（Surface-Enhanced Raman Scattering, SERS）技術は、その高感度と広範囲の検出能力...