東京工業大学科学技術創成研究院フロンティア材料研究所

Laboratory for Materials & Structures, Institute of Innovative Research, Tokyo Institute of Technology

第1部会
共同利用・共同研究拠点

研究所・センターの概要

所長
原　亨和
Hara, Michikazu

キーワード: セラミックス、機能性酸化物、先端材料、建築構造・材料、耐震・制振
住所: 〒226-8503
神奈川県横浜市緑区長津田町4259 メールボックス R3-25

従来は考えもつかなかった新材料・構造を開発し、社会に貢献しています

フロンティア材料研究所は、2016年4月に旧応用セラミックス研究所に金属・機械系教員を新たに入れ、改組して発足いたしました。多様な元素から構成される無機材料を中心とし、金属材料・有機材料などの広範な物質・材料系との融合を通じて、革新的物性・機能を有する材料を創製します。多様な物質・材料など異分野の学理を融合することで革新材料に関する新しい学理を探求し、広範で新しい概念の材料を扱える材料科学を確立するとともに、それら材料の社会実装までをカバーすることで種々の社会問題の解決に寄与します。また、先端無機材料共同研究拠点として、無機材料と建築材料・構造という異分野でありながら深く関連している両分野をカバーする特色ある共同利用・共同研究拠点として認定されています。

令和2年度の研究活動内容及び成果

低温アンモニア合成触媒の創出

アンモニアは肥料として世界人口の70%の命を支える必須の化学物質であり、水素と空気中の窒素から触媒を介して製造されてきました。その一方、原料の水素はメタンなどの化石資源から作られるため、アンモニア製造に伴うCO₂排出は総排出量の3%を越える問題が深刻化しています。この問題は水素の製造と水素と窒素の反応によるアンモニア製造の双方を自然エネルギー発電で駆動すれば解決するかのようにみえます。しかし、従来の触媒で水素と窒素からアンモニアを合成するには400 ℃近くの高温、10 MPaを越える高圧が不可欠であるため、自然エネルギー発電でアンモニアを製造した場合、発電量の大半は水素と窒素の反応によるアンモニア製造に費やされます。その結果、十分な水素を製造できず、アンモニアの製造量も微々たるものとなります。このような背景の中、当研究所は固溶体CaFHが低い温度で電子を与える力が強いことに着目し、その学理を低温でアンモニアを合成する触媒の開発に繋げました。50 ℃の低温、1MPa未満の低圧でアンモニアを合成できる遷移金属－CaFH複合触媒は、CO₂排出ゼロのアンモニア生産への道を開く可能性をもちます。

社会との連携

無機材料分野では、一般社団法人日本ファインセラミックス協会などと協力し、合同講演会、セミナーなどを開催しています。建築・構造分野では、建物の安全（耐震安全性の向上）と居住者の安心（情報の伝達・見える化）を繋ぐ新しい研究領域を開拓し、社会実装を目指しています。2017年度には3大学・14企業でコンソーシアムを設立しました。共同利用・共同研究拠点では、災害等で被災した研究者の支援を行う、2020年の新型コロナ禍では、遠隔講演制度の設置により、関連コミュニティの支援を行っています。