先端材料でエネルギー社会をリードする

エネルギーナノ材料研究室　Laboratory on Energy Nanomaterials
教授：長尾 祐樹（NAGAO Yuki）

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［研究分野］
プロトニクス（高分子化学、無機化学、錯体化学、物理化学、界面化学）
［キーワード］
水素社会、イオン伝導材料、界面設計、燃料電池、蓄電池、フロー電池、酸素還元、水素発生、CO₂電解

研究を始めるのに必要な知識・能力

多様なバックグラウンドを歓迎します。高分子化学、無機化学、錯体化学、物理化学などの化学分野に加え、機械系分野や高専で培った工学的基礎も研究に活かせます。これまでの専門を活かしながら、一つのテーマに継続して取り組む姿勢を重視しています。

この研究で身につく能力

隔週のゼミ（研究状況により毎週開催する場合もあります）を通して、自ら調べ、考え、説明する力を養います。ゼミは原則として英語で行いますが、必要に応じて日本語でのフォローも行います。イオン伝導性材料や活物質を対象とした研究を通じて、
1．課題設定と問題解決力、
2．材料合成・評価および測定・解析手法、
3．論理的思考に基づくデータ解釈と基本的なプレゼンテーション技術を身につけます。

【就職先企業・職種】 電力関連、エネルギー関連、材料メーカー、精密機器関連など（企業名はwebに記載）

研究内容

　資源の少ない日本が持続的に発展するためには、多様なエネルギー資源を活用する技術の確立が重要です。ありふれた水から水素や酸素を得る反応や、二酸化炭素を資源として利用する技術は、脱炭素社会の実現に向けた重要な課題です。本研究室では、水素社会を支える燃料電池、蓄電池、フロー電池などのエネルギーデバイスを対象に、イオン伝導材料と活物質、ならびに反応界面の設計に関する研究を行っています。高分子材料、無機材料、有機無機ハイブリッド材料を用い、材料構造とイオン輸送・電極反応との関係を基礎から応用まで幅広く探究しています。

研究テーマ例

1. 燃料電池・蓄電池・フロー電池の性能向上に関する研究
   電池反応場の界面近傍の構造とイオン輸送を解明する基礎研究と、反応界面を設計・制御することでデバイス性能の向上を目指す応用研究を行っています。
2. 充電可能な水素電池の開発
   プロトンを利用した次世代蓄電池について、プロトタイプの開発と動作実証を経て、現在は耐久性向上に向けた材料設計および反応機構の理解に取り組んでいます。
3. イオン輸送を利用したセンサー材料の研究
   イオン伝導材料の環境応答性に着目し、ガス検知や摩擦・滑りなどの力覚検出への応用を目指した材料・界面設計の研究を行っています。
4. 外場印加によるイオンスイッチの研究
   光などの外場によってイオン伝導を制御する材料・界面の設計に関する研究を行っています（青木助教が主体的に推進）。

SNSで研究紹介 [YouTube] [X]

主な研究業績

1. L. C. T. Cao, K. Aoki, S.-H. Hsu, S. Boonruang, Y. Nagao, Porosity-controlled MXene anodes for enhanced rate and long cycle life performance in aqueous proton batteries, Chem. Eng. J., 520, 165882 (2025).
2. M. Marium, K. Aoki, Y. He, K. Yamamoto, A. Suwansoontorn, S. Ikuta, M. Hara, S. Nagano, Y. Nagao, K. Nishikawa, T. Miyazaki, H. Aoki, S. Kobayashi, T. Sudare, T. Hitosugi, N. Zettsu, Lyotropic polymer liquid crystal coating: Enabling lamellar ion-conduction pathways for superior C-rate performance in NCM523 cathodes, ACS Appl. Energy Mater., 8, 16589–16600 (2025).
3. A. Taborosi, K. Aoki, N. Zettsu, M. Koyama, Y. Nagao, Molecular dynamics simulation of polymer electrolyte membrane for understanding structure and proton conductivity at various hydration levels using neural network potential, Macromolecules, 58, 3720–3727 (2025).

使用装置

材料分析装置（IR, UV–Vis, NMR, GPC, XRD, TG-DTA）
電気化学測定装置（LCR meter, CV, in situ QCM, fuel cell and battery test systems）
表面・界面分析装置（XPS, in situ GIXRS, XRR, white-light interferometer, AFM）
分子配向・構造解析装置（IR, pMAIRS, polarized optical microscope）
外部の放射光および中性子実験施設