界面電気化学グループ

2023.04.01 更新

電池や触媒の中で電子やイオン・分子がどのように振舞っているのか?それらをどのように制御するのか?を知ることは、今日のエネルギー・環境技術の最重要課題となっています。そして、その基本過程は固体—液体または固体—固体の「界面」における酸化還元・電子移動反応とイオン移動反応で統一的に捉えることができます。しかし、多数の電子・イオンが複雑に絡み合ったこれらの現象の理論解析手法、実験計測手法はまだ確立していません。

界面電気化学(Interface Electrochemsitry:IEC)グループは、界面周辺の複雑な電子やイオン・分子のダイナミクスを先端的理論計算/データ科学および計測手法により解き明かすことを目標に研究を進めています。応用研究としては主に蓄電池や電極触媒の主要問題をターゲットとしてそのメカニズムおよび制御指針について研究を行っています。 (界面電気化学グループは旧界面計算科学(Interface Computational Science)グループと旧ナノ界面エネルギー変換グループが融合して構築されました。)

専門分野・研究対象

1. 新規な理論・計算手法・データ科学手法の開発/新規界面計測手法の開発

酸化還元・電子移動反応自由エネルギー計算 (DFT x Marcus理論)、化学反応自由エネルギー計算 (Blue-moonアンサブル)、多重MPI並列を利用した高効率熱力学的積分計算、ヘテロ界面構造サンプリング手法(ヘテロ界面CALYPSO法)、相関を考慮したイオン伝導度計算に向けた化学電荷非平衡MD手法、モーメントテンソルポテンシャル、スーパーコンピュータ「富岳」の高効率利用第一原理計算プログラムなど。非線形光学分光法をベースとした新規高感度固液界面計測システムなど。


2. 固固・固液・固気界面現象の理論計算・計測基礎研究

界面構造、界面電子状態、界面水素結合、電気二重層、空間電荷層、界面分極、界面被膜などの界面特有の性質の解明。水分解 (酸素発生、水素発生) 、酸素還元、電解質酸化還元分解、ラジカル発生、被膜成長、イオン輸送、などの現象の微視的機構解明と、これらに関する電子・イオン・分子スケール学理の構築 。


3. 電池・触媒反応の電子・イオンスケールの反応機構解明と高効率材料・システムの設計

リチウムイオン電池、ポストリチウムイオン電池 (ナトリウムイオン電池、全固体電池、多価イオン電池、空気電池) 、ペロブスカイト太陽電池、金属担持酸化物触媒、ダイヤモンド電極触媒、光触媒 (TiO2系など) の原子スケール機構の解明と高効率化への提案。