電解液の機能を設計する：イオン溶媒和の化学
溶液中のイオンは複数個の溶媒分子に取り囲まれた集合体「イオン溶媒和クラスター」として存在し、このクラスターの構造/ダイナミクス/エネルギー特性がイオンの反応性を支配しています。
本研究室では、イオンと溶媒分子の相互作用「溶媒和現象」をイオン反応の素過程と捉え、これを熱力学・構造化学に立脚して解明していくことを研究戦略上の最重要課題と位置付けています。溶媒和の分子論を通じて、電解質塩の溶解現象にはじまり、電極反応（イオンと電子の反応）や錯形成反応（イオンと配位子の反応）を統一的に理解し、用途に応じた機能を必要な分だけ付加するための設計指針を提案していきます。
この「用途」の部分、具体的にはリチウムイオン電池などの蓄電デバイスを想定しています。溶液化学と電気化学の境界領域に身をおき、実用分野で求められる「機能」を適切に付加した「電解液」の開発を進めていきます。
電解液をゲルにする：強く柔らかいゲル電解質の創成
４分岐高分子であるTetra-poly(ethylene glycol), TetraPEGを網目として用いたハイドロゲルは、９０％以上が水であるにも関わらず非常に優れた力学特性を示します。本研究室では最近、この多分岐高分子をイオン液体や有機電解液、超濃厚電解液といった種々の反応場中で効率よくゲル化する方法論を確立し、燃えない・イオン伝導性が高い・二酸化炭素をよく吸収する等、所望の機能を選択的に付加した高強度ゲル電解質を合成することに成功しました。ゲルネットワークとして用いる高分子は極めて低濃度（５%以下）なので、構成成分の９５％以上は機能を有する “電解液” です。にも関わらず、人工関節に匹敵する高い機械的強度を示し、高度な機能化を施した電解液の性能をほぼそのままゲルに反映することができる点が大きな特長です。実際に、電気化学デバイス用のゲル電解質や二酸化炭素分離膜としての応用研究も進めており、従来材料にはない優れた特性を実証しつつあります。
電解液で溶かす：高分子溶媒和の化学
セルロースは樹木の主成分であり、繊維やフィルムなど古くから利用されてきた天然高分子です。しかしながら、セルロースは分子内・分子間に多重の水素結合が存在するため水や有機溶媒に難溶であり、バイオマス利用や形状加工において溶解プロセスがボトルネックとなっています。
この研究では、セルロースのような本来不溶な物質群を常温で速やか且つ大量に溶解するための媒体として “機能を付加した電解液” に着目し、高分子溶媒和の化学を応用することでセルロースの溶存状態を分子レベルで制御することを目指していきます。下に示す写真は成果の一例であり、イオン液体をベースとする機能性電解液中にセルロースを主成分とする濾紙が常温で溶解していく様子です。
