学術的背景 世界人口の継続的な増加に伴い、2050年までに世界人口は100億人に達すると予測されており、特に発展途上国では食糧需要が大幅に増加する見込みです。世界で最も人口の多いインドでは、食料、燃料、その他の物品の需要を満たすために農作物の生産量を50％増加させる必要があります。しかし、農家は資源の限界と専門知識の不足に直面しており、限られた条件下で農作物の生産量をどのように向上させるかが喫緊の課題となっています。従来の肥料の使用はある程度生産量を向上させていますが、過剰施肥、環境汚染、資源の浪費などの問題も引き起こしています。そのため、新しい高効率肥料の開発が農業研究の重要な方向性となっています。 同時に、エネルギー貯蔵技術も急速に発展しており、スーパーキャパシタは高パワー密度と長いサイ...

学術的背景 材料科学および化学分野において、材料の原子レベルの性質を理解することは極めて重要です。しかし、従来の原子間ポテンシャル計算手法（例えば密度汎関数理論、DFT）は精度が高いものの、計算コストが非常に高く、大規模システムへの適用が困難です。近年、機械学習（ML）ポテンシャルを原子シミュレーションに応用する研究が大きく進展し、特にガウス過程（Gaussian Process, GP）に基づくMLポテンシャルは、能動学習、不確実性予測、低データ要求といった利点から注目を集めています。しかし、カーネルベースのモデルは大規模データセットを扱う際に深刻なスケーラビリティの問題に直面しており、データセットの規模が10^4を超えると計算複雑度が急激に増加し、真の汎用性を実現することが難しくなります...

世界のエネルギー効率と環境持続可能性への関心が高まる中、発光ダイオード（LED）技術は照明やディスプレイ分野の主流選択肢となっています。しかし、従来のLED技術がエネルギー効率と性能において顕著な進歩を遂げている一方で、その製造過程における希少材料への依存や環境への影響は無視できない問題です。近年、ペロブスカイト発光ダイオード（PeLEDs）は、軽量設計、柔軟性、広色域などの利点から、次世代照明およびディスプレイ技術の有力候補として注目を集めています。しかし、PeLEDsが技術的に急速に進歩しているにもかかわらず、その環境的および経済的影響に関する包括的な評価は依然として不足しており、これが将来の商業化にとって重要な課題となっています。 本研究は、ライフサイクルの観点から18種類の代表的なP...

シクロヘキサノンオキシム（cyclohexanone oxime）はナイロン-6製造の重要な中間体であり、2024年までに世界のナイロン-6の年間生産量は890万トンに達すると予測されており、シクロヘキサノンオキシムの需要も増加しています。従来のシクロヘキサノンオキシム合成方法は主にヒドロキシルアミン（NH2OH）とシクロヘキサノンの反応に依存していますが、この方法にはヒドロキシルアミンの爆発性、腐食性酸の使用、低価値の副産物である硫酸アンモニウムの生成など多くの問題があります。さらに、別の工業的な方法として過酸化水素（H2O2）を用いたシクロヘキサノンのアンモ酸化反応がありますが、このプロセスもH2O2の高コストと低安定性の問題に直面しています。したがって、持続可能で効率的なシクロヘキサノ...

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...