研究内容
【概要】有機および無機高分子材料のナノからマクロスケールの構造設計・制御と機能開拓
・共役高分子材料のナノ～マクロ形態制御とエネルギー関連分野への応用
・層状有機高分子材料を用いた刺激応答性色変化材料の開拓
・無機高分子材料としてのナノシートの構造設計・合成と応用
有機・無機の高分子材料の成長・形態制御・複合化およびそれによる機能開拓に興味を持って研究を進めています。具体的には、共役骨格を有する高分子材料、酸化還元活性な有機結晶、有機および無機層状化合物やそれらのナノシート材料を扱っています。一見、関連性の無い化合物群に見えるかもしれませんが、構造や形態の制御を行う方法論は似ており、またその応用は同じ視点で取り組むことができると思っています。一般に、有機材料や高分子材料では、分子設計・合成によって、ナノメートルスケールでの分子やその集合体の構造制御と機能発現が盛んに研究されています。私たちの研究では、分子設計や既存の手法とは異なるアプローチを開拓することに特に重点をおき、有機材料・高分子材料の構造とかたちの設計・作製することに取り組んでいます（図参照）。分子はさることながら、それよりも大きなスケールの集合構造やナノ～マクロなスケールにおける形態の制御を行うことで、材料としての特性の向上や機能開拓を目指しています。これらの取り組みにより、構造やかたちを制御するからこそ実現する、電荷貯蔵、センサ、光機能、刺激応答性などの機能を追及しています。具体的なこれまでの成果を３つに分けて示したいと思います。
［代表的な解説記事など］
(1) 化学と工業, 2016, 69-3, 200 (平成27年度 日本化学会進歩賞受賞業績紹介).
(2)「結晶を活用した高分子の形の制御」高分子, 2017, 66, 221-222 (特集 高分子の形の制御)
(3) 「層状結晶からつくる有機・無機高分子材料と機能開拓」、自己組織化マテリアルのフロンティア（編集代表：中西尚志、フロンティア出版、2015年12月出版）」分担執筆、第6章
(4) “Morphology Design of Crystalline and Polymer Materials from Nanoscopic to Macroscopic Scales” Bull. Chem. Soc. Jpn. 2017, 90, 776-788 (Award Account).
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(1) 共役高分子材料のナノ～マクロ形態制御とエネルギー関連分野への応用
共役高分子を材料としてナノ~マクロスケールの形態を付与するにはどのようにすればよいのでしょうか。テンプレートや相分離の利用など、様々な手法が開拓されてきました。我々は「結晶」を使って「高分子」の成長制御ができないかということを起点に、高分子の成長制御、ナノ~マクロスケールの形態制御や複合体の作製、それによる特性の向上や機能開拓を進めてきました。ここでは、その成果の一部を紹介します。
ナノ結晶のすき間を活用することで、結晶の持つかたちを高分子材料にナノ～マクロスケールにわたって転写することができます。一般に、ピロールやチオフェンなどの導電性高分子は、溶液中などで酸化重合によって合成されます。均一な液相中で重合が進行するため、重合と同時に形態を制御し、任意の形態を得ることは容易ではありません。そこで、例えば、ナノ結晶から構成されたバイオミネラルのナノ空間においてヘテロ芳香族モノマーの導入と酸化重合を行うことで、もとの階層的な形態を写し取ったような有機高分子の階層構造体を得ることができます。得られたポリピロールなどの導電性高分子の階層構造は優れた電荷貯蔵能を示します。また、汎用的なポリスチレンの階層構造体は疎水性吸着剤として優れた特性を示します。これらの特性の向上は、ナノメートルスケールの高比表面積構造とマイクロメートルスケールの構造による物質の拡散経路の確保を両方実現できたためと考えられます。
酸化剤結晶と揮発性のヘテロ芳香族モノマーの液体を同一の容器内に封入しておく系から、多様な形態制御や複合体作製が可能となりました。無機酸化剤を用いた場合、その結晶表面で導電性高分子の階層構造が作製できることがわかりました。また、ある種の酸化剤結晶では、モノマー蒸気と酸化剤の反応によって活性なモノマー蒸気が生成し、容器内に共存させた任意の基板・基材上での重合により導電性高分子コーティングを行うことができます。例えば、本手法を応用することで、リチウムイオン二次電池電極活物質であるチタン酸リチウムに導電性コーティングを施すことで、充放電特性が改善できることがわかりました。キノン誘導体のような有機酸化剤を用いた場合、酸化剤の酸化還元電位、溶解性、形態などを制御することで、導電性高分子の階層構造の制御やキノン／導電性高分子複合体の作製が可能になりました。このように、ナノ～マクロスケールの形態や複合構造を精密に設計・合成することで、優れた電荷貯蔵能を示すことがわかりました。
［関連論文］
J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 8594.
J. Mater. Chem. 2012, 22, 21195.
Chem. Eur. J. 2013, 19, 2284.
Chem. Commun. 2014, 50, 11840.
Polym. J. 2014
Langmuir 2014, 30, 3236.
Nanoscale 2015, 7, 3466.
Chem. Commun. 2015, 51, 7919.
Chem. Commun. 2015, 51, 9698.
Chem. Lett. 2016, 45, 324.
ChemPlusChem 2017, 82, 177.
NPG Asia Mater. 2017, 9, e377.
Chem. Commun. 2017, 53, 7329.
Nanoscale 2017, 9, 7895.
NPG Asia Mater. 2018, in press.
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(2) 層状有機高分子材料を用いた刺激応答性色変化材料の開拓
一般に、層状構造というと、層状無機化合物を指すことが多いようです。層状無機化合物では、層内に他のゲストを導入するインターカレーションおよび層をばらばらにするはく離という現象について、これまでも多くの研究が行われてきました。我々は、層状有機化合物に着目した研究を展開しています。層状有機化合物は、層状構造のインターカレーション能と有機材料の有する動的な性質を併せ持つ特異な構造とみなすことができます。この特異な構造を制御することで、インターカレーションによって制御可能な刺激応答能を有する材料を開拓してきました。さらに、最近、刺激の印加量や強さを定量的にイメージングする仕組みを提案しています。
ジアセチレン化合物の結晶では、ジアセチレン分子間の距離がおよそ0.5 nm以下ならば、結晶構造を変えることなく重合（トポケミカル重合）が進むことが知られています。層状構造を有するジアセチレンモノマー結晶について、結晶形態や配向の制御、ゲストのインターカレーション、所望の基材への複合などを行った後に重合を行うことで、制御されたポリジアセチレンを得ることができるようになりました。ポリジアセチレンは、外部刺激に応答してポリジアセチレン主鎖がねじれることで色変化を起こすことが知られています。我々は、層状構造の層間に様々な金属イオンや有機カチオンを導入することで、このポリジアセチレン主鎖のねじれを制御し、刺激への応答性、可逆性、色が制御できることを見出してきました。導入するゲストによって層状の結晶構造の安定性や柔軟性を制御することが、刺激応答性を制御するために重要であると考えています。
これまでの刺激応答性材料では、相転移を活用する場合が多く、転移点付近で急峻に色変化が起こるものが多く報告されています。一方、本研究は、徐々に色変化を起こすことができる点が特徴的であり、刺激の印加量やその強さを可視・定量化することができる新しい材料ということができます。
[関連論文]
J. Mater. Chem. 2012, 22, 22686.
Bull. Chem. Soc. Jpn. 2015, 88, 1459.
Chem. Mater. 2015, 27, 2627.
Adv. Funct. Mater. 2016, 26, 3463.
Chem. Sci. 2017, 8, 647.
ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 16546.
Chem 2017, 3, 509.
J. Mater. Chem. C 2017, 5, 8250.
Polym. J. 2018, 22, 22686.
Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 4127.
Chem. Eur. J. 2012, 18, 2825.
J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 4501.
Chem. Mater. 2014, 26, 3579.
Chem. Commun. 2015, in press.
Adv. Mater. 2018, in press.
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(3) 無機高分子材料としてのナノシートの構造設計・合成と応用
無機層状化合物をはく離させ、単層あるいは数層シート（ナノシート）を合成する研究が盛んに行われています。先行研究の多くは、物質群の拡充と新機能の発現に焦点があてられてきました。ナノシートは無機高分子と捉えられることも多くありますが、高分子としては「サイズ(分子量)」「分散性(溶解性)」「表面化学種(官能基)」の制御が十分に検討されていませんでした。一方、ナノ粒子ではこれらを制御する技術は既に十分確立されており、これによりナノ粒子の応用の可能性は大きく広がっていると言えます。そこで、ナノシートでもこのような制御を実現することを目指しています。はく離を行う層状化合物の構造や形態を制御し、「サイズ・分散性・表面修飾」が制御されたナノシートの合成、さらにより短時間高効率な合成手法の開拓、それらの機能開拓を行っています。
一般的なナノシートの作製方法では、主に水系媒質中でかさ高いイオンを層間に導入することで、水系媒質へ分散するナノシートを得ています。このとき、母体となる層状化合物とはく離によって得られるナノシートの横幅サイズについてはあまり注目が集まってきませんでした。多くの場合、はく離と同時に側面方向にも破砕されることで、横幅サイズも減少しています。母体の層状化合物の粒径を制御しておくことで、横幅サイズを制御した、具体的にはシングルナノサイズでそろえたナノシート（モノレイヤーナノドット）を得ることができるようになりました。このような究極に小さくて薄い構造は、厚さと横幅サイズ双方のナノサイズ化に伴う強い量子サイズ効果によって、大きなバンドギャップエネルギーの拡大を観察することができました。このような変化によって、価電子帯上端および伝導帯下端準位が大きく変化することで、これまで実現できなかった準位における触媒反応などへの応用が期待できます。
一般的な作製方法では、得られたナノシートは表面に電荷を帯びたコロイド状態で分散しています。よって、水系媒質もしくは極性有機媒質への分散が一般的であり、任意の有機分子での修飾や非極性有機媒質へ分散することは容易ではないと言われてきました。もし、酸化物モノレイヤーの表面を疎水性にすることができれば、非極性有機媒質への分散が可能となり、例えば有機合成反応の触媒としての利用が期待できます。そこで、我々の研究では、層間にアルキル鎖や芳香環を有する化合物を予め導入しておき、層間分子と分散媒の相互作用によってはく離を促す新しい系を開拓してきました。これによって、様々な有機分子での表面修飾や所望の分散媒へのナノシートの分散が可能となりました。例えば、酸化マンガンは、ベンジル位やアリル位のアルコールを選択的にアルデヒドに酸化する触媒として知られています。得られた疎水性の酸化マンガンモノレイヤーをトルエン中での触媒反応に用いると、本研究で得られた表面修飾された疎水性の酸化マンガンモノレイヤーを触媒として用いることで、疎水性かつ高い比表面積に由来した高い触媒活性が得られることがわかりました。特に、ナノシート表面に二重結合を有する分子を修飾しておくことで、様々な有機分子との複合が可能となりました。さらに、層間分子と分散媒の組み合わせを変え、インフォマティクスの手法を導入することで、高効率に高収率なはく離の系を見出せる可能性が示唆されました。
［関連論文］
Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 4127.
Chem. Eur. J. 2012, 18, 2825.
J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 4501.
Chem. Mater. 2014, 26, 3579.
Chem. Commun. 2015, 51, 10046.
Phys. Chem. Chem. Phys. 2015, 17, 32498.
Nanoscale 2016, 8, 11076.
Chem. Commun. 2016, 52, 9466.
Adv. Mater. Interface 2017, 4, 1601014.
Chem. Commun. 2018, 54, 244.
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JST さきがけ研究の御紹介
課題名：はく離挙動を制御する指針の確立によるナノシート材料の機能設計
研究期間：2016年10月~2020年3月
層状化合物を単層および数層構造を化学的にはがす「はく離」の挙動を制御し、所望の構造と機能を有するナノシート材料を得る設計・合成指針を実験・計算・データ科学の融合によって見出します。これにより、ナノシート材料を試行錯誤に頼ることなく効率的に合成し、特徴的な構造を活かした応用を実現します。本課題を発展させ、実験・合成研究者の視点からマテリアルズインフォマティクスを活用した効率的に様々な材料の構造を制御することを目指します。
略歴
学歴
2002 年 3 月 慶應義塾大学 理工学部 応用化学科 卒業
2004 年 3 月 慶應義塾大学 大学院理工学研究科 総合デザイン工学専攻 修士課程修了
2006 年 3 月 同 後期博士課程修了、博士（工学）
職歴
2005年4月～2006年3月 日本学術振興会特別研究員（DC2）
2006年4月～2007年3月 日本学術振興会特別研究員（PDへ資格変更）
慶應義塾大学理工学部 応用化学科［今井宏明研究室］
2007年4月～2009年3月 日本学術振興会特別研究員（PD新規採択）
東京大学大学院工学系研究科 化学生命工学専攻［加藤隆史研究室］
2009年4月～2012年3月 慶應義塾大学 理工学部 応用化学科 助教
2012年4月～2016年3月 慶應義塾大学 理工学部 応用化学科 専任講師
2016年4月～ 慶應義塾大学 理工学部 応用化学科 准教授
2016年10月～ 科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業 さきがけ研究者
主要論文[代表的な原著論文]
(51) Hiromichi Numazawa, Kosuke Sato, Hiroaki Imai, *Yuya Oaki, “Multistage Redox Reaction of Conductive-Polymer Nanostructures with Lithium Ion: Potentials for High-Performance Organic Anode”
NPG Asia Materials 2018,in press.
(50) Hideto Terada, Hiroaki Imai, *Yuya Oaki, “Visualization and Quantitative Detection of Friction Force by Self-Organized Organic Layered Composites”
Advanced Materials 2018,in press.
(49) *Yuya Oaki, Yukiko Ishijima, Hiroaki Imai, “Emergence of temperature-dependent and reversible color-changing properties by the stabilization of layered polydiacetylene through intercalation”
Polymer Journal 2018,50, 319–326.
(48) Gentoku Nakada, Hiroaki Imai,*Yuya Oaki, “Few-layered titanate nanosheets with large lateral size and surface functionalization: potential for the controlled exfoliation of inorganic–organic layered composites”
Chemical Communications 2018,52, 224.
(47) Yukiko Ishijima, Hiroaki Imai, *Yuya Oaki, “Tunable Mechano-responsive Color-Change Properties of Organic Layered Material by Intercalation”
Chem 2017,3, 509–521.
(46) Machi Takeuchi, Hiroaki Imai, *Yuya Oaki, “Effects of intercalation rate on layered crystal structures and stimuli-responsive color-change properties of polydiacetylene”
Journal of Materials Chemistry C 2017,5, 8250–8255.
(45) *Yuya Oaki, “Morphology Design of Crystalline and Polymer Materials from Nanoscopic to Macroscopic Scales”
Bulletin of the Chemical Society of Japan 2017,90, 776 (受賞総説).
(44) Kosuke Sato, Mirei Arayasu, Hirotaka Masaki, Hiroaki Imai, *Yuya Oaki,“Hierarchical bicontinuous structure of redox-active organic composites and their enhanced electrochemical properties”
Chemical Communications <2017,53, 7329 (Emerging Investigator Issue 2017).
(43) Machi Takeuchi, Hiroaki Imai, *Yuya Oaki,“Real-Time Imaging of 2D and 3D Temperature Distribution: Coating of Metal-Ion-Intercalated Organic Layered Composites with Tunable Stimuli-Responsive Properties”
ACS Applied Materials & Interfaces 2017,9, 16546–16552.
(42) K. Kuwabara, H. Masaki, Hiroaki Imai,*Yuya Oaki,“Substrate coating by conductive polymers through spontaneous oxidation and polymerization”
Nanoscale 2017,9, 7895–7900.
(41) Yuna Yamamoto, *Yuya Oaki, Hiroaki Imai, “Coupled Exfoliation and Surface Functionalization of Titanate Monolayer for Bandgap Engineering”
Advanced Materials Interface 2017,4, 1601014 (8 pages).
(40) Kosuke Sato, *Yuya Oaki, Hiroaki Imai, “Phase separation of composite materials through simultaneous polymerization and crystallization”
NPG Asia Materials 2017,9, e377 (7 pages).
(39) Kosuke Sato, Hirotaka Masaki, Mirei Arayasu, *Yuya Oaki, Hiroaki Imai, “Conductive Polymer Nanosheets Generated from the Crystal Surface of an Organic Oxidant”
ChemPlusChem 2017,82, 177(Invited to Early Carrier Series).
(38) Yukiko Ishijima, Mamoru Okaniwa, *Yuya Oaki, Hiroaki Imai, “Two exfoliation approaches for organic layered compounds: hydrophilic and hydrophobic polydiacetylene nanosheets”
Chemical Science 2017,8, 647.
(37) Hiroshi Matsui, *Yuya Oaki, Hiroaki Imai, “Surface-functionalized hydrophilic monolayer of titanate and its application for dopamine detection”
Chemical Communications 2016,52, 9466.
(36) Hiroshi Matsui, *Yuya Oaki, Hiroaki Imai, “Tunable photochemical properties of a covalently anchored and spatially confined organic polymer in a layered compound”
Nanoscale 2016, 8, 11076.
(35) Mamoru Okaniwa, *Yuya Oaki, Hiroaki Imai, “Intercalation-Induced Tunable Stimuli-Responsive Color-Change Properties of Crystalline Organic Layered Compound”
Advanced Functional Materials 2016,26, 3463.
(34) Kosuke Sato, *Yuya Oaki, Hiroaki Imai, “Incorporation of Redox-Active Guest in Conductive and Redox-Active Host: Hierarchically Structured Composite of a Conductive Polymer and Quinone Derivative”
Chemistry Letters 2016, 45, 324.
(33) Masashi Honda, *Yuya Oaki, *Hiroaki Imai, “Surface-functionalized monolayered nanodots of a transition metal oxide and their properties”
Physical Chemistry Chemical Physics 2015, 17, 32498.
(32) Mamoru Okaniwa, *Yuya Oaki, *Hiroaki Imai, “Morphology and Orientation Control of Organic Crystals in Organic Media through Advanced Biomimetic Approach”
Bulletin of the Chemical Society of Japan 2015, 88, 1459.
(31) Masashi Honda, *Yuya Oaki, *Hiroaki Imai, “Hydrophobic monolayered nanoflakes of tungsten oxide: Coupled exfoliation and fracture in a nonpolar organic medium”Chemical Communications 2015, 51, 10046.
(30) Kento Kuwabara, *Yuya Oaki, Ryo Muramatsu, *Hiroaki Imai, “Crystal-surface-induced simultaneous synthesis and hierarchical morphogenesis of conductive polymers”Chemical Communications 2015, 51, 9698.
(29) Mamoru Okaniwa, *Yuya Oaki, Soichiro Kaneko, Kazuki Ishida, Hideyuki Maki, *Hiroaki Imai, “Advanced Biomimetic Approach for Crystal Growth in Nonaqueous Media: Morphology and Orientation Control of Pentacosadiynoic Acid and Applications”
Chemistry of Materials 2015, 27, 2627.
(28) Kosuke Sato, *Yuya Oaki, *Hiroaki Imai, “A Hydrophobic Adsorbent Based on Hierarchical Porous Polymers Derived from Morphologies of a Biomineral”
Chemical Communications 2015, 51, 7919.
(27) Kosuke Sato, *Yuya Oaki, Daisuke Takahashi, Kazunobu Toshima, *Hiroaki Imai, “Hierarchical CaCO3 Chromatography: A Stationary Phase Based on Biominerals”,
Chemistry–A European Journal 2015, 21, 5034.
(26) Yurika Munekawa, *Yuya Oaki, Kosuke Sato and *Hiroaki Imai, “Incorporation of Organic Crystals in the Interspace of Oriented Nanocrystals: Morphologies and Properties”,
Nanoscale 2015, 7, 3466. [Selected for Cover Picture]
(25) Ryo Muramatsu, *Yuya Oaki, Kento Kuwabara, Kosei Hayashi, *Hiroaki Imai, “Solvent-free synthesis, coating and morphogenesis of conductive polymer materials through spontaneous generation of the activated monomers”
Chemical Communications 2014, 50, 11840.
(24) Masashi Honda, *Yuya Oaki, *Hiroaki Imai, “Hydrophobic Inorganic-Organic Composite Nanosheets Based on Monolayers of Transition Metal Oxides”
Chemistry of Materials 2014, 26, 3579.
(23) Yurika Munekawa, *Yuya Oaki, *Hiroaki Imai, “An Experimental Study on the Processes of Hierarchical Morphology Replication by Means of a Mesocrystal: A Case Study of poly(3,4-ethylenedioxythiophene)”
Langmuir 2014, 30, 3236.
(22) Tatsuya Ikeda, *Yuya Oaki, *Hiroaki Imai, “Thin Film Consisting of CuO Mesocrystal Nanosheets: An Application of Microbial-Mineralization-Inspired Approaches to Thin-Film Formation”
Chemistry–An Asian Journal 2013, 8, 2064.
(21)*Yuya Oaki, Tatsuya Ikeda, Hiroaki Imai, “A Microbial-Mineralization-Inspired Approach for Systematic Syntheses of Copper Oxides with Controlled Morphologies in an Aqueous Solution at Room Temperature”
Bulletin of the Chemical Society of Japan 2013, 86, 821. [Selected Paper]
(20) Naoki Yagita, *Yuya Oaki, *Hiroaki Imai, “A Microbial-Mineralization Approach for Syntheses of Iron Oxides with a High Specific Surface Area”
Chemistry–A European Journal 2013, 19, 4419.
(19) Keisuke Nakamura, *Yuya Oaki, *Hiroaki Imai, “Monolayered Nanodots of Transition Metal Oxides”
Journal of the American Chemical Society 2013, 135, 4501.
(18) Misako Kijima, *Yuya Oaki, Yurika Munekawa, *Hiroaki Imai, “Synthesis and Morphogenesis of Organic and Inorganic Polymers by Means of Biominerals and Biomimetic Materials”
Chemistry–A European Journal 2013, 19, 2284. [Selected for the Picture on Backcover]
(17) *Yuya Oakii, Takahiro Oki, *Hiroaki Imai, “Enhanced photoconductive properties on a simple composite coaxial nanostructure of zinc oxide and polypyrrole”
Journal of Materials Chemistry 2012, 22, 21195.
(16) *Yuya Oaki, Naoki Yagita, *Hiroaki Imai, “One-Pot Aqueous Solution Syntheses of Iron Oxides Nanostructures with Controlled Crystal Phases through a Microbial-Mineralization-Inspired Approach”
Chemistry–A European Journal 2012, 18, 110. [Selected for Cover Picture]
(15) *Yuya Oaki, Keisuke Nakamura, *Hiroaki Imai, “Homogeneous and Disordered Assembly of Densely-Packed Titanium-Oxides Nanocrystals: An Approach to Coupled Synthesis and Assembly in an Aqueous Solution”
Chemistry–A European Journal 2012, 18, 2825. [Selected for Cover Picture]
(14) *Yuya Oaki, Misako Kijima, *Hiroaki Imai, “Synthesis and Morphogenesis of Organic Polymer Materials with Hierarchical Structures in Biominerals”
Journal of the American Chemical Society 2011, 133, 8594.
(13) Yuya Oaki, Hiroyuki Ohno, *Takashi Kato, “Nanosegregated Composites of an Imidazolium Salt and a Layered Inorganic Compound: Organization of Both Anions and Cations in Interlayer Space”
Nanoscale 2010, 2, 2362.
(12) *Yuya Oaki, Takeo Anzai, *Hiroaki Imai, “Homogeneous and Disordered Assembly of Densely-Packed Nanocrystals”
Advanced Functional Materials 2010, 20, 4127.
(11) Manabu Oba, Yuya Oaki, *Hiroaki Imai, “A Microbial-Mineralization-Inspired Approach for Synthesis of Manganese Oxide Nanostructures with Controlled Oxidation States and Morphologies”
Advanced Functional Materials 2010, 20, 4279.
(10) Yuya Oaki, *Hiroaki Imai, “Photochemical Reactions in Nanoscopic Organic Domains Generated from Oriented Crystals with Polymers: Nanocrystalline Mosaics as a New Family of Host Materials”
Bulletin of the Chemical Society of Japan 2009, 82, 613.
(9) Yuya Oaki, Satoshi Kajiyama, Tatsuya Nishimura, Hiroaki Imai, *Takashi Kato, “Nanosegregated Amorphous Composites of Calcium Carbonate and an Organic Polymer”
Advanced Materials 2008, 20, 3633.
(8) Yuya Oaki, Satoshi Kajiyama, Tatsuya Nishimura, *Takashi Kato, “Selective Synthesis and Thin-Film Formation of alpha-Cobalt Hydroxide through an Approach Inspired by Biomineralization”
Journal of Materials Chemistry 2008, 18, 4140.
(7) Yuya Oaki, *Hiroaki Imai, “One-Pot Synthesis of Manganese Oxide Nanosheets in an Aqueous Solution: Chelation-Mediated Parallel Control of Reaction and Morphology”
Angewandte Chemie International Edition 2007, 46, 4951.
(6) Yuya Oaki, Akiko Kotachi, Takashi Miura, *Hiroaki Imai, “Bridged-Nanocrystals in Biominerals and Its Mimetics: Classical Yet Modern Crystal Growth in Nanoscale”
Advanced Functional Materials 2006, 16, 1633.
(5) Yuya Oaki, *Hiroaki Imai, “Hierarchically Organized Architecture of Potassium Hydrogen Phthalate and Poly(Acrylic Acid): Toward A General Strategy for Biomimetic Crystal Design”
Chemical Communications 2005, 6011.
(4) Yuya Oaki, *Hiroaki Imai, “Nanoengineering in Echinoderms: Emergence of Morphology from Nanobricks”
Small 2006, 2, 66.
(3) Yuya Oaki, *Hiroaki Imai, “Hierarchically Organized Superstructure Emerging from Exquisite Association of Inorganic Crystals, Organic Polymers, and Dyes: A Model Approach toward Suprabiomineral Material”
Advanced Functional Materials 2005, 15, 1407. [Selected for Cover Picture]
(2) Yuya Oaki, *Hiroaki Imai, “The Hierarchical Architecture of Nacre and Its Mimetic Material”,
Angewandte Chemie International Edition 2005, 44, 6571.
(1) Yuya Oaki, *Hiroaki Imai, ‘‘Amplification of Chirality from Molecules into Morphology of Crystals through Molecular Recognition’’
Journal of the American Chemical Society 2004, 126, 9271.
[代表的な解説記事・著書]
(5) 緒明佑哉,“結晶を活用した高分子の形の制御”
高分子 2017, 66, 221–222.
(4) 「層状結晶からつくる有機・無機高分子材料と機能開拓」、自己組織化マテリアルのフロンティア（編集代表：中西尚志、フロンティア出版、2015年12月出版）」分担執筆、第6章
(3) 緒明佑哉,“常温の水溶液でナノ材料をつくる”
Newton 2012年, 1月号 (積水化学自然に学ぶものづくり事例紹介広告に掲載).
(2) 緒明佑哉, “多様なバイオミネラルに材料合成をならう”
化学と工業 2011, 64-9, 707 (特集記事・飛翔する若手研究者).
(1)Yuya Oaki, Hiroaki Imai, “Recent Advances in Mesocrystals and Their Related Structures”
Nanoscience Volume 1:Nanostructures through Chemistry, Ed. By Paul O’Brien, pp. 1-28, The Royal Society of Chemistry (2013). [解説記事]
受賞歴
(11) 平成30年度文部科学大臣表彰 若手科学者賞(2018年4月)
(10) 平成27年度(第65回)日本化学会進歩賞(2016年3月)
(9) 積水化学 自然に学ぶものづくり 研究助成プログラム 奨励賞（2010年9月）
(8) 第19回日本MRS学術シンポジウム 奨励賞（2009年12月）
(7) 日本化学会 第３回関東支部大会 優秀講演賞（2009年9月）
(6) The IUMRS International Conference in Asia 2008講演奨励賞（2008年12月）
(5) 第17回日本MRS学術シンポジウム 奨励賞（2006年12月）
(4) 日本セラミックス協会第19回秋季シンポジウム ポスター賞（2006年9月）
(3) 慶應義塾大学大学院・理工学研究科・総合デザイン工学専攻 優秀研究活動賞受賞（2006年3月）
(2) 第16回日本MRS学術シンポジウム 奨励賞（2005年12月）
(1) E-MRS (European Materials Research Society), Young Scientist Award at E-MRS Spring Meeting 2005（2005年 5月）
３年生へ
材料のナノからマクロな構造・かたちを制御するかで、特性の向上や新しい機能の開拓を狙います。分子設計と合成とは異なる視点・手法で、新しい高分子「材料」の合成や機能開拓を行いたい人、一緒に研究しませんか？我々は「つくる」「制御」する部分を重点的に考え、それによってどのような特性の向上や機能が発現するかを検討します。従って、何かの性能を飛躍的に向上させなければいけない、というような縛りはなく、あくまで「つくる」「制御」することを中心に取り組みます。いわゆる、「有機系」「無機系」という分類は、先端機能材料を考える上では意味が無いと思っています。それより、原子・分子のナノからマクロスケールにわたる集合状態・構造それと特性・機能がどのような関係を持つのかを考えられるセンスと視点が重要だと思っています。有機・無機、結晶・高分子のことをよく理解し、近年言われている持続可能な開発目標（いわゆるSDGs）に貢献しうる新しい機能材料を創り出してみたい人を歓迎しています。研究は国内外での競争の側面を持ち、学会や論文を通じた発表により国際的な競争を行うことになります。その中で、日本・世界で通用する新しくおもしろい研究に取り組みたい意欲的な方を歓迎しています。
講義科目
学部設置科目
理工学基礎実験（理工学部２年春・火曜３～４限）
応用化学計算基礎（応化２年秋・木曜２限）
マテリアル合成（応化３年秋・月曜５限）
応用化学実験Ｃ（応化３年秋・火曜３～５限）
大学院設置科目
マテリアル合成の化学（春・木曜３限、旧科目名：マテリアルプロセシング）
機能デザイン工学（秋・月曜２限）
理工学基礎実験（理工学部２年春・火曜３～４限）
C-3 pHと電離平衡のテーマを担当します。理工学部卒業生として必要最低限な化学実験の知識と技術を身に着けて下さい。そのための具体的なテーマとして、中和滴定の実験を行い、濃度の表し方、酸解離定数の計算、指示薬の化学変化に対する理解を深めてほしいと思います。必ず予習をしてきて下さい。
（１）実験操作では、「どこを精密に行う必要があるのか？」をよく考えて下さい。
たとえば、およそ100 mL測ればよいところ、共洗いまで必要で正確な濃度にすべきところ、それぞれの場面に応じて考えてください。
（２）必ず実験を行いながら、滴定曲線のプロットを作成し、変化のある部分のプロットを特に細かく取って下さい。データーの取り扱いについて考えて下さい。
近年、様々な機器がデジタル化・自動化されていますが、実験データーの取得、処理、解釈に関する最終的な責任はあくまで人にあります。ここでは基礎的な技術の習得が目的ですので、自分の手でどのようにデーターの取得、処理、解釈を行えばよいかをよく考えて下さい。考察に「手書きグラフであるので精度が低い」のみで終始している記述が多数見受けられます。では、データーを表計算ソフトに打ち込んで自動で曲線を描けばよいのでしょうか？データーの取り扱いについてよく考えて下さい。
（３）なぜ？を考えながら取り組んで下さい。
実験書に沿って実験を進め、データーをまとめ、レポートで課題に取り組むことになります。レポートでは、「なぜこのようにするのか？」「どうしてそうなるのか？」を、単に実験誤差の議論のみに終始することなく、原理まで戻って深く考えてほしいと思います。また、困ったら実験誤差のせいにするのではなく、誤差に言及するのであれば定量的に議論してほしいと思います。
応用化学計算基礎（応化２年秋・木曜２限）
化学の研究を進めていく上で、あるいはその先仕事をしていくために、化学の知識と実験スキル以外に必要なことは何でしょうか？１つの答えとして、「日本語」「英語」「コンピュータ」を自在に操ることができ、さらにそれをもとに他人が納得する資料の作成あるいはプレゼンテーションができることです。そのための基礎を身に着けます。表計算ソフトでのグラフの作成やデーター処理、プレゼンテーションソフトの扱い方の基礎を学びます。私やTA、あるいは友人に聞いたり相談したりしても構いませんので、必要な操作ができるようになってもらいたいと思います。
また、講義中に出る課題(F, G組共通)について、各自で復習をしながら実際に手を動かして身に着けてください。可能な限り添削をして返却します。コピーレポートに関しては、理工学部の方針に従って対処します。
マテリアル合成（（応化３年秋・月曜５限）
マテリアル合成は、原子・分子レベルからどのようにその集合構造を設計・合成するのかということを扱います。化学者はマテリアルを原子・分子レベルから理解しながら設計・合成・活用することができます。これまで、原子や分子の構造、性質、反応性等に関する知識として、無機化学、有機化学、反応速度や熱力学を含めた物理化学等を勉強してきました。実際にみなさんの生活を支えているマテリアルは、原子や分子１個ではなくそれが集まった固体材料です。例えば、携帯機器の電池の電極にはコバルト酸リチウムが活物質として使われていますが、１分子として使われているわけではなく、結晶粒子として使われています。ペットボトルもポリエチレンテレフタレートでできていますが、１分子の高分子として使われているのではなく固体材料として使われています。すなわち、原子・分子から構成される集合構造を考えねばなりません。本講義は、どのように化学反応や原子・分子レベルから固体材料が作られていくのかについて、化学の観点から応化の卒業生として知ってほしい、マテリアル合成の基礎的な仕組みを楽しみながら俯瞰・理解することを目的とします。無機、有機、高分子などの素材に関係なく、原子・分子から材料への視点を重視して勉強していくようにしましょう。各回の講義内容はシラバスを参照して下さい。講義が終わる頃には、世の中の様々な材料が、いかに工夫された原子・分子の集合構造の制御によって成り立っているかについてわかってもらえればと思います。
応用化学実験Ｃ（応化３年秋・火曜３～５限）
主に、Ｃ－５，８を担当します。関連のＣ－６，７に関してもわからないことがあれば聞いて下さい。 １・２年生の実験には無かった機能性無機材料の合成を行います。身近な無機材料として２種類のセラミックスの合成を扱います。残念なことに、高校の教科書に「材料」の内容は少なく、今まで材料合成ということがあまりピンとこなかったかもしれません（材料と化学の関係は上記の他の科目を参照して下さい）。応用化学科卒業生として、材料の合成とはどんなものなのか、セラミックス合成の一例を通じて体験してほしいと思います。特に、これまで化学式による反応のみを考えていた場合が多いように思いますが、実際に化学式で示される分子がどのように結晶構造を組み、それがさらに大きな粒子として結晶成長していくのかについてよく考えてほしいと思います。
（１）どのような化学反応・合成方法であるか？
（２）どのような分子・結晶構造の材料ができたのか？
（３）どのように結晶成長によって粒子が成長するのか？
について勉強してもらいたいと思います。
また、X線を使う分析も体験します。X線は目に見えない、短い波長の電磁波です。電磁波というと、物理のように思うかもしれませんが、原子・分子の配列や状態をはじめ、X線の照射によって得られる化学に関連した情報は多岐にわたります。その中でも、今回C-8では、X線の回折を使った現象を例として取り上げ、作製した結晶の同定を行うことを学びます。
マテリアル合成の化学（大学院春・木曜３限）
＊2015年度より「マテリアル・プロセシング」から科目名を変更しました。
学科科目「マテリアル合成」の発展・実践編に該当します。学科科目が基礎知識と導入編であったのに対し、本大学院科目においては、実際に材料をつくるプロセスを研究で行っている人を対象に、材料合成を化学的に制御するために必要となる知識および修士課程を卒業して材料が専門と言えるために必要な化学的な基礎知識、専門知識、最新知識を身に着けます。
大学院設置科目ですが、化学系以外の学部から進学し、現在材料を扱っている履修者にも対応できるようにするため、学部内容の復習もおりまぜながら進めるようにしています。具体的には、固体材料（セラミックス、金属、高分子）の合成プロセスを化学的に制御するための知識において、大学院修了までに知っておいてほしい知識を身に着けることを目指します。各回の講義内容はシラバスを参照して下さい。
機能デザイン工学（大学院秋・月曜２限・１～２回分）
有機無機複合材料は、有機成分と無機成分の互いの短所を補う、あるいは互いの長所を足し算・かけ算的に活かすことができる材料として注目されてきました。物質・材料の視野を広めつつ知識を深め、材料設計のセンスを高めてもらえるよう、複合の形式とスケールや得られた材料による特異な機能を意識しながら、有機無機複合材料の有名な先行研究例を解説します。
学会活動等
所属学会
日本化学会
高分子学会日本セラミックス協会
日本セラミックス協会
委員会活動等（継続中）
日本化学会 教育・普及部門 化学だいすきクラブ小委員会 委員(幹事), 2010年4月～
日本化学会 化学フェスタ実行委員会, 委員, 2013年1月～
日本化学会 化工誌編集委員会, 幹事委員, 2017年3月～
委員会活動等（任期終了）
日本化学会
教育・普及部門 化学グランプリ・オリンピック委員会 グランプリ小委員会, 委員, 2011年6月～2013年12月
日本化学会
年会実行委員会 会場総務小委員会, 委員, 2013年4月～ 2014年3月
日本セラミックス協会
行事企画委員会, 委員, 2012年9月～2015年3月
高分子学会
第64回高分子討論会, セッションオーガナイザー, 2015年9月
日本化学会
化工誌編集委員会, 委員, 2014年3月～2017年2月
アウトリーチ活動等
研究・化学のおもしろさを小・中・高校生に知ってもらう活動を行っております。
実施例：
ひらめき☆ときめきサイエンス（研究成果公開・普及事業）
ケーキ☆サイエンス（川崎市・慶應義塾連携事業、木月小学校における出前授業）
アカデミーキャンプ2011, 2012（少年キャンプにおける出前授業）
マナビゲート2013（小中高生のための科学技術紹介事業）
化学の日＠鴎友学園（公益社団法人日本化学会、2015年化学の日イベント）
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