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　東京大学大学院理学系研究科化学専攻の大越慎一教授らの共同研究グループはこのほど、長期間熱エネルギーを蓄えることができ、弱い圧力を加えることにより蓄熱エネルギーを取り出すことのできる高性能な蓄熱セラミックスを開発した。

　開発品は、ラムダ型五酸化三チタンと呼ばれる結晶構造で、粒子がブロック型形状を取ることから、ブロック型ラムダ五酸化三チタン（Block‐type Λ‐Ti3O5）と名付けられた。

　このブロック型ラムダ五酸化三チタンの蓄熱量は、固体‐液体相転移物質に匹敵する237kJ/Lという大きな値（水の融解熱の約70％、エチレングリコールの融解熱の約140％）。

　開発品の最大の特徴は、弱い圧力を加えることでベータ五酸化三チタンへの相転移を誘起することにより、蓄えた熱エネルギーを放出することができること。圧力誘起相転移は数メガパスカル（MPa）からはじまり、7MPa（70気圧）でラムダ構造の割合が半分まで減る。

　70気圧という圧力は、市販の7㎥圧力ボンベの圧力の半分程度であり、固体における圧力誘起相転移では最も弱い圧力。このような長期エネルギー保存と、低圧力印加による熱放出が1つの材料で実現できた理由は、2つの安定相（ラムダ型構造とベータ型構造)をもつことと、その2つの相の間に適切な低いエネルギー障壁が存在することに由来している。

　長期的なエネルギー保存が可能な蓄熱材料は、不要な排熱を吸収して熱エネルギーとして再利用する部材としての活用が期待されている。特に自動車では、運転中に放出されてしまう熱エネルギーを有効に生かして燃費を上げるため、エンジンやマフラーなどの部品周りへ装着が期待されているが、実装可能な圧力機構という観点から、10MPa以下の圧力で放熱できることが望ましいとされる。

　今回開発した蓄熱セラミックスは、自動車の熱エネルギーを有効利用して初動時などの燃費向上につながる蓄熱材料や、太陽熱発電所の蓄熱システムとしての応用が期待される。

　理化学研究所（理研）はこのほど、環境資源科学研究センター触媒・融合研究グループの山口滋基礎科学特別研究員と袖岡幹子グループディレクター（開拓研究本部袖岡有機合成化学研究室主任研究員）の研究チームが、有機合成の「不斉触媒反応」について、不斉収率決定段階の反応中間体の構造を用いたデータ解析を行い、不斉収率が向上する分子設計に成功したと発表した。

　医薬品などファインケミカルの合成に不可欠な不斉触媒反応の開発では、不斉収率が向上する基質分子や触媒分子の設計を行うことが重要。同研究成果により、触媒反応開発の効率化に向けたデータ駆動科学に関する研究が加速すると期待できる。

　人工知能・データ科学は現在、研究者の試行錯誤により行われている触媒反応開発を自動化・高速化すると見込まれている。しかし、データ科学的手法を用いた場合、精度の高い予測ができるのは、解析に用いたデータの範囲内に限られるため、手持ちのデータを超える機能を示す分子のデータ駆動による予測・設計は簡単ではない。

　今回、研究チームは、不斉収率が決まる段階の反応中間体の構造を用いてデータ解析を行うと、不斉収率が向上する分子設計を可能にする構造情報を抽出・可視化できることを発見。そして可視化した構造情報をもとに基質と触媒分子の設計を行い、基質に関して不斉収率が向上することを実験的に確認した。

　なお、同研究は、日本化学会の科学雑誌「Bulletin of the Chemical Society of Japan」のオンライン版（9月11日）に掲載された。