パーマやヘアカラーといった科学的処理は毛髪にダメージを与える原因になっています。傷んだ毛髪を修復する製品を効率的に開発するためには、毛髪表面の物性を把握することが重要です。この研究ではそれぞれの物質に固有の値を評価する「ハンセン溶解度パラメータ（HSP）」を用いて、毛髪表面の物性評価に取り組んでいます。さまざまなベクトルで測定したHSPの値が近い物質同士は親和性が高いことが証明されるため、物質を混ぜたり、攪拌したりする際に用いられています。本研究では、毛髪表面を電子顕微鏡を使用して高倍率で観察し、専用ソフトを用いてHSPを算出します。これまでは得られた毛髪表面の画像を人による目視で判定して数値的評価を行っていましたが、評価する数値にバラツキがでるためにさまざまな評価方法を模索。現在はAIによる画像分類技術を用いてより客観的に評価する方法を検討しています。

湿式プロセスにより高強度、高靭性を示すジルコニアとアルミナを複合させた粒子を作製し、複合セラミックスのミクロレベルでの微構造制御をめざしています。具体的には、母粒子の表面に微粒子を析出させて被覆化することで、各種特性を高めるものです。例えるなら、ボールを泥の中に入れ、泥で均一にコーティングされた多数のボールの集合体を高温で焼き固めるようなイメージです。電子顕微鏡を用いて複合粒子の形態観察や、焼結体（セラミックス）の微構造観察を行っていますが、被覆の有無や程度を明確に評価することが難しく、さまざまな試行を重ねています。溶液のpHのわずかな変化や組成の違いによって、セラミックスの微構造が大きく異なり、機械的特性が変化することがわかりました。特異的な微構造を示すサンプルの評価を進めることで、微構造と特性の相関を明らかにしていければと思います。

廃油由来のバイオディーゼル燃料は、環境への負荷が小さい再生可能エネルギー。京都市バスの燃料として活用されるなど、利用が広がりつつあります。その製造過程で10％ほど産生されるグリセリンは生産過剰の状態ですが、グリセリンの化学構造を少し改変した1,3-プロパンジオールという物質には、高機能性繊維の材料となるなど高い付加価値があります。私は、グリセリンから1,3-プロパンジオールを効率よく作り出すルートを確立するという課題に取り組み、他の人がやらない方法で研究を行いました。副反応を抑制してねらった反応だけが進むように、反応に使用する物質や触媒を選択。反応条件にもこだわって実験を重ねました。結果は従来の方法とあまり変わらない60％台の収率にとどまりましたが、研究室での３年間で、失敗に見えるデータこそ「次はこうしよう」と考えるための第一歩で、研究に終わりはないということを学べました。この貴重な経験を元に、今後は企業の技術部門で努力していきたいと思います。

近年は、高圧下で液化した水素を用いた燃料電池がさかんに開発されています。しかし、現時点で液体水素を生成するには化石燃料から取り出す方法が主流であり、扱い方によっては爆発の危険もあるため、メタノールを使った燃料電池の開発が注目されるようになりました。アルコールは液体水素に比べて取扱いが容易であり、微生物発酵からも得られるため、化石燃料の消費抑制につながる利点があります。私は研究室で開発されたマリモ型のナノカーボンを用いて、メタノール型燃料電池の高性能な触媒を開発し、発電の効率化を推し進める研究に取り組んでいます。マリモナノカーボンは球状の炭素繊維で、触媒に利用する場合、繊維と繊維の隙間を有効に使い、白金の粒子を分散して載せることができます。実験を重ねることで、マリモナノカーボンを使えば、普通のカーボンナノチューブを使用した場合に比べ、白金の使用量を大きく減らすことができ、同じ量の白金を使えば３～４倍の発電量が得られることが分かり、国際学会でも発表させていただきました。

固体酸化物形燃料電池は、水素と酸素を化学反応させるため、廃棄物が水のみというクリーンエネルギーです。ただし稼働には1,000℃近い高温を要することから部品のコストが高いというデメリットもあります。私の研究は「原料の粒子にたくさんの孔があいていれば、反応する面が増えるぶん発電効率がアップし、温度を下げても性能が維持できるのでは」という仮説の検証です。実験では、電池の原料にクエン酸を加え、超音波振動と高温によって数百ナノメートルサイズの粒子にします。すると約400℃でクエン酸だけ焼失し、粒子に孔が残りました。研究をスタートしてから孔があくまで約半年。より小さな孔が数多くあくように実験を繰り返し、電池としての性能を評価しています。孔が小さくなり増えているという変化が、顕微鏡で確認できるのも実験の大きな楽しみ。「この方法で正解だった」という実感が得られます。同様に化学プラントの稼働効率をよくすることも環境改善につながるのだと納得。社会に出てからも、プロセスに工夫して環境改善を試みたいです。

バイオエタノールからBTX（ベンゼン、トルエン、キシレン類の総称）を生成するための触媒について研究しています。BTXはプラスチック、ゴム、医薬品など、私たちの生活に欠かせない物質の原料。現在は石油、石炭といった化石資源から作られますが、これらの枯渇が進むなか、新たな方法として注目されています。生成物中に含まれるBTXの割合を高め、また、少ないエネルギーで、できるだけCO2を発生させないような、生産効率アップも、環境保護もかなえる触媒を探しています。多孔質物質と金属を組み合わせた触媒をバイオエタノールと反応させ、生成物を分析するのが一連の流れ。自分の手で作りあげた反応装置を使います。温度、触媒に含まれる金属の種類や割合によって反応が変わるため、何十回、何百回と試行錯誤します。触媒ごとに、よりたくさんのBTXができる最適な条件を見極めます。良い結果が得られたときは、この上ない喜び。「いつか完璧な触媒を完成させたい」という気持ちを胸に、大学院進学後も研究を続けます。

私の研究対象は、ZIF-8（ジフエイト）という、液体や気体の吸着・分離に用いられる多孔性の物質です。従来、吸着・分離にはゼオライトという無機物質が幅広く用いられてきましたが、ZIF-8は表面積が大きい、構造設計が容易であるなどの特徴から、近年ゼオライトに代わる材料として注目を集めています。ただし、ZIF-8は今までは有機溶剤を用いて製造するのが一般的で、人体や環境への影響が懸念されることから、新たな製法の開発が求められるようになりました。そのなかで私は、環境に負荷を与える溶液を用いないでZIF-8を簡単に合成できる、乾式法の確立に取り組んでいます。さらに、この方法で得られた ZIF-8を、化石燃料の代替燃料であるバイオアルコールの精製に用いた場合の性能などについても研究中。この製法が将来実用化して、バイオ燃料が今よりも普及し、社会が化石燃料に依存しない方向に向かっていけばと期待しながら、実験を進めています。

バイオディーゼル燃料は、環境への負荷が小さい再生可能エネルギーとして注目されています。しかし、製造過程で生成するグリセリンという副産物には、現在、有効な使い道が少なく、供給過剰の状態になっています。私の研究テーマは、グリセリンを触媒を使って水素化分解※し、紫外線や雨水に侵されにくいなど、優れた性質をもつ樹脂の原料「1,3-プロパンジオール」を作り出すこと。使い道に困っているグリセリンを有効利用して、工業的に価値が高い物質を作る方法の確立をめざしています。先輩から受け継いで始めたこの研究は、取り組むようになってから4年が経ちますが、ねらったとおりに水素を付加する反応を起こすことが非常に難しく、初めの数ヶ月は何の進展もありませんでした。悩んだ末に、反応に使用する金属化合物の種類を変え、また、酸の強度という点でも検討を重ねました。実験を繰り返した結果、秋頃から少しずつ研究の方向性が定まってきたように感じています。確かに手強いテーマですが、いずれ画期的な結果が出ると信じています。

• ※水素化分解：炭素と酸素の結合を切って、水素を付加すること