top of page

Research

”分子の気持ち”になって，新しい材料を作ろう

 

人に真摯に向き合うとき，相手の気持ちに立った行動をするように，利用者の視点，ニーズに合わせ，様々な分子，材料が開発され，人々の見えないところで役に立っています．モノを作るとき，使用する人の視点だけでなく，対象となる材料とそれに関連する他の物ものの視点で考えていく必要があります．

 

新しい材料が役に立つモノとなるには，異なるモノとモノが接する”界面”でのモノの挙動，物性が重要とわれわれは考えています．本研究室では，界面での分子の挙動を制御し，使える何かを作り出す研究を展開しています．

 

  • 分子の気持ちを知る：　分子のバルクや界面での挙動を理解する

  • 分子の立場から，新しい構造を作る：　バルクでは作れない構造をアクティブな界面で作る

  • 分子の能力を測る：　孤立分子 vs. 集合体．構造体の違いによる機能相違

  • 一番作りたいもの：　分子にも人にも都合のいい便利なもの（低コスト，低環境負荷，低エネルギーでの分離が可能な薄膜）

​

全く関係ないとおもっていても，人間社会と同じようなことが界面でも起こっています．学ぶことにはすべて意味があります．見方を変えてみましょう．

2D nanostructures of organic molecules at Interfaces

 

2D structures consisted of organic molecules (including polymers) have attracted attentions due to considerable properties the fields of supramolecular chemistry, surface science, polymer chemistry, physics etc.

In our group, the following researches are studied for novel organic nanosheets consisted of triazine and heptazine derivatives;

  • Self-assembly of organic molecules at interfaces

  • Construction of unique self-assembled (or covalent-bonded) structures at interfaces

  • Carbon nitrides

  • Graphene oxide hybrid membranes for desalination

​

Functional Membranes for seawater desalination
Nanosheet - Polymer composite membranes
Nanosheet-layered membranes

​海水淡水化などを目指した機能性薄膜の作製
ナノシートー高分子複合膜
ナノシート積層膜
 

English version:　Under construction....

​

keywords: (graphitic) carbon nitride, polymers, graphene oxide, desalination, water purification, polymer membrane

​​

３０年後，世界の７０％の人が水問題に直面することになります．

地球上の97％を占める海水を水源として利用できれば，水問題も解消されます．

海水淡水化は，膜を用いた逆浸透法が広く行われていますが，その膜は，「水分子を通して，イオンを通さない」，「圧力に耐えれる機械的強度」，「効率的な水の透過」，「長期使用での目詰まり低減」などが望まれています．

本研究室では，ナノシートと高分子を利用した薄膜で，海水淡水化などを目指すことができる薄膜の開発を目指しています．

​

【使用しているナノシート】

  • ​窒化炭素 (carbon nitrides)

窒化炭素はメタルフリーの可視光応答性光触媒として注目を集めています．

  • 酸化グラフェン (graphene oxides)

  • 層状チタン酸ナノシート など

​

【ナノシートー高分子複合膜】

高分子の中にナノシートを混合することで，水の流路とイオン除去機能を構築します．

最近は，機械的強度を向上させるために，ナノシートと高分子，さらに両方をつなげる架橋剤を混合させるone-podでの複合膜の作製に成功しました．

​

【ナノシート積層膜】

ナノシート積層膜は，多くのナノシートが高い親水性を有するため，水溶液中で不安定性（剥離）が問題となっています．

本研究室では，イオン性ナノシートの積層膜の安定化を様々な方法で取り組み，イオン性ナノシートだから起こる分離挙動を見出そうとしています．

窒化炭素分子の構造
海水淡水化のための膜材料開発
2D polymers by equilibrium reaction 
 

English version: Under construction....

 

keywords: heptazine derivatives, synthesis, solubility, self-assembly, thermodynamics (equilibrium), solutions-solid interfaces,

covalent - organic - frameworks (COFs), 

chemical liquid deposition

 

2025年のノーベル化学賞は，規則正しい空孔を有する構造体MOFに関する研究でしたが，本研究室では，共有結合を利用した規則正しい空孔を有する構造体COFに近い研究を行っております．

特に，2次元のCOFにイオン性部位など機能性部位を導入することができれば，前述の分離膜などへ応用できます．

本研究室で行っている内容は下記2点です．

  • トリアジン環，ヘプタジン環を有する誘導体を構築し，COFのビルディングブロックを目指す

ヘプタジン環は窒素と炭素からなる平面性の環状構造です．この環は19世紀末には知られていましたが，合成の難しさ，低い溶解度による化学修飾の難しさから，あまり研究が展開されていません．

  • COFではないが，平衡反応を利用して高分子構造体を作る

​

​その他
 

ちょっと変わった重合ができないか？と思い，窒化炭素や塩を使って重合させています．

 
学部3年生へのメッセージ

本研究室は，ナノスケールの材料を取り扱う化学系の研究室です．    

ナノスケール＝分子サイズです．

”分子の気持ち（立場）”になって，作製条件を考え，いろいろな装置を利用して，

応用に必要な機能を有するものを作ることを試みています．

分子のレベルなので，一回だけ実験すればいい，というものでもありません．

​

そのため，所属してからでも研究を面白いと思い，能動的に動ける学生は研究室で研究を楽しむことができます．

逆に，自分の意志はなく，やらされている，と思ってしまう学生は全く面白くなく，研究室の生活も楽しくなくなります．

​

本研究室だけでなく，研究を楽しむことができる学生像はどういう感じか，こちらを参照にしてください．

Uemura Laboratory/ Program in Advanced Materials Science, Faculty of Engineering and Design, Kagawa University, Japan

bottom of page