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山崎 仁丈(やまざき よしひろ) データ更新日:2019.06.17



主な研究テーマ
 私たちは無機材料の革新的機能を探究することでエネルギー生成効率や利用効率を飛躍的に高めることを目指しています。理想的なエネルギー技術実現の鍵となる無機材料の点欠陥挙動およびそれを介した化学反応を徹底的に研究することにより、持続可能な社会の構築に貢献したいと考えています。現在研究対象としているのは、太陽エネルギーや熱エネルギーを水素などの化学物質に貯蔵する技術およびその化学物質から高効率に発電する固体酸化物燃料電池材料に関するもので、理想的にはこれらを組み合わせることにより持続可能なエネルギーサイクルを構築できます。しかし、これらを実社会で利用するには効率やコストなど多数の課題を克服する必要があります。本研究ではこれらの最重要課題に材料科学や材料工学の視点から取り組むことで、学術分野はもちろん一般社会にも貢献していきたいと考えています。

<熱化学水分解金属酸化物>
 熱化学水分解とは水を熱化学的に分解し水素と酸素を製造する方法で、金属酸化物を2段の温度サイクルにさらすことで可能となります。金属酸化物を高温下におくと一部還元されるため金属酸化物から酸素が放出され、酸化物中に酸素空域サイトが導入されます。ここで温度を急激に下げ水蒸気に暴露すると金属酸化物が水と再酸化し、酸化物中の空域サイトが水分子の酸素で占有され水素が生成します。私たちはペロブスカイト酸化物を用いた熱化学的水分解を世界にさきがけて実証し、水素製造効率の向上に必要な材料因子を酸化還元反応の熱力学および速度論を駆使して議論してきました。現在さらなる燃料製造の高効率化を目指し、材料中の点欠陥の熱力学的および速度論的挙動を鋭意議論しています。
 
<プロトン伝導性固体酸化物燃料電池電解質>
 燃料電池は水素などの燃料から電気を高効率に発電するデバイスで、イオンのみ透過する電解質とカソード電極およびアノード電極で構成されています。私たちが注目しているのは固体酸化物電解質としてのプロトン伝導性酸化物で、この伝導度が燃料電池の動作温度を決定します。酸化物中のプロトン輸送機構はプロトン伝導度を理解・制御する上で最も基本的な情報ですが、その機構はプロトン伝導性酸化物の発見(1981)以来わかっていませんでした。私たちはこのプロトン輸送機構がプロトントラッピングによることを世界で初めて見いだし、プロトン伝導度をさらに向上させるための材料設計指針を示しました(Yamazaki et al., Nature Materials, 2013)。私たちは現在、これらに関する材料科学を勢威構築している所です。
キーワード:機能性無機材料、金属酸化物、点欠陥、太陽光熱化学水分解触媒、プロトン伝導性固体酸化物燃料電池電解質
2014.08.
従事しているプロジェクト研究
実験と計算科学の融合による革新的プロトン伝導性無機化合物の創製
2018.10~2024.03, 代表者:山崎 仁丈, 九州大学 稲盛フロンティア研究センター, 科学技術振興機構.
その場X線吸収分光法を用いたプロトン伝導誘起局所構造の解明
2018.04~2021.03, 代表者: 山崎 仁丈.
ジルコン酸バリウム薄膜におけるナノ構造制御とプロトン輸送
2016.04~2018.03, 代表者:山崎仁丈, 九州大学 稲盛フロンティア研究センター.
プロトントラップに基づくプロトン伝導性酸化物の新たな材料科学と材料開発
2015.04~2018.03, 代表者:山崎仁丈, 九州大学 稲盛フロンティア研究センター, 科学研究費助成事業.
太陽光と新規酸素吸収酸化物を用いた燃料生成
2010.10~2016.03, 代表者:山崎仁丈, 九州大学稲盛フロンティア研究センター, 科学技術振興機構.
研究業績
主要著書
主要原著論文
1. Shunta Nishioka, Junji Hyodo, Junie Jhon M. Vequizo, Shunsuke Yamashita, Hiromu Kumagai, Koji Kimoto, Akira Yamakata, Yoshihiro Yamazaki, and Kazuhiko Maeda, Homogeneous Electron Doping into Nonstoichiometric Strontium Titanate Improves Its Photocatalytic Activity for Hydrogen and Oxygen Evolution, ACS Catalysis, 8, 7190-7200, 2018.06, Water splitting using a semiconductor photocatalyst has been extensively studied as a means of solar-to-hydrogen energy conversion. Powder-based semiconductor photocatalysts, in particular, have tremendous potential in cost mitigation due to system simplicity and scalability. The control and implementation of powder-based photocatalysts are, in reality, quite complex. The identification of the semiconductor–photocatalytic activity relationship and its limiting factor has not been fully solved in any powder-based semiconductor photocatalyst. In this work, we present systematic and quantitative evaluation of photocatalytic hydrogen and oxygen evolution using a model strontium titanate powder/aqueous solution interface in a half reaction. The electron density was controlled from 1016 to 1020 cm–3 throughout the strontium titanate powder by charge compensation with oxygen nonstoichiometry (the amount of oxygen vacancy) while maintaining its crystallinity, chemical composition, powder morphology, and the crystal and electronic structure of the surface. The photocatalytic activity of hydrogen evolution from aqueous methanol solution was stable and enhanced by 40-fold by the electron doping. The enhancement was correlated well with increased Δabsorbance, an indication of prolonged lifetime of photoexcited electrons, observed by transient absorption spectroscopy. Photocatalytic activity of oxygen evolution from aqueous silver nitrate solution was also enhanced by 3-fold by the electron doping. Linear correlation was found between the photocatalytic activity and the degree of surface band bending, ΔΦ, above 1.38 V. The band bending, potential downhill for electronic holes, enlarges the total flux of photoexcited holes toward the surface, which drives the oxygen evolution reaction..
2. C.K. Yang, Y.Yamazaki, A. Aydin, S.M. Haile, Thermodynamic and kinetic assessments of strontium-doped lanthanum manganites for thermochemical water splitting, J. Mater. Chem. A, 2, 13612-13623, 2014.07.
3. Y.Yamazaki, F. Blanc, Y. Okuyama, L. Buannic, J.C. Lucio-Vega, C.P. Grey, S.M. Haile, Proton trapping in yttrium-doped barium zirconate, Nature Materials, 12, 647-651, 2013.07.
4. Y.Yamazaki, R. Hernandez-Sanchez, S.M. Haile, Cation non-stoichiometry in yttrium-doped barium zirconate: phase behavior, microstructure and proton conductivity, J. Mater. Chem, 20, 8158-8166, 2010.08.
5. Y.Yamazaki, R. Hernandez-Sanchez, S.M. Haile, High total proton conductivity in large-grained yttrium-doped barium zirconate, Chem. Mater, 21, 2755-2762, 2009.05.
6. Y.Yamazaki, P. Babilo, S.M. Haile, Defect chemistry of yttrium-doped barium zirconate: A thermodynamic analysis of water uptake, Chem. Mater, 20, 6352-6357, 2008.09.
主要総説, 論評, 解説, 書評, 報告書等
1. Y.Yamazaki, プロトントラッピング~固体酸化物形燃料電池,低温動作の鍵となる金属酸化物中におけるプロトンの拡散~, まてりあ、54, 2015.06.
2. Y.Yamazaki, プロトン伝導性金属酸化物BaZrO₃における置換元素Yの役割とBa欠損の影響, まてりあ、54, 2015.06.
3. Y.Yamazaki, 仲村龍介, 高澤孝一, 飯島嘉明, NiAl, CoAl, FeAlにおける相互拡散とマルチプルマーカー法による固有拡散, まてりあ、39, 2000.06.
4. Y.Yamazaki, 水素による拡散の促進(驚きの促進効果), 金属、74 , 2004.10.
5. Y.Yamazaki, 太陽光と新規酸素吸収酸化物を用いた燃料生成, 化学経済, 2011.11.
主要学会発表等
1. Y.Yamazaki, Proton trapping in proton-conducting oxide, 17th International Conference on Solid State Protonic Conductors, 2014.09.
2. Y.Yamazaki, Proton diffusion in solid oxide fuel cell electrolytes, International Conference on Diffusion in Materials, 2014.08.
3. Y.Yamazaki, F. Blanc, Y. Okuyama, L. Buannic, C.P. Grey, S.M. Haile, Proton trapping: a guide for proton conducting oxide electrolyte development, International Workshop on Protonic Ceramic Fuel Cells Status & Prospects (PPCC2013 – Prospects Protonic Ceramic Cells), 2013.07.
4. Y.Yamazaki, Novel perovskite catalysts for thermochemical water splitting, The 19th International Conference on Solid State Ionics, 2013.06.
特許出願・取得
特許出願件数  5件
特許登録件数  3件
その他の優れた研究業績
2018.10, 平成30年度 戦略的創造研究推進事業(CREST)に採択される。研究課題「実験と計算科学の融合による革新的プロトン伝導性無機化合物の創製」.
2017.12, 科学技術振興機構さきがけ「光エネルギーと物質変換」(2010~2016)の援助のもと、大挑戦型の研究『太陽光と新規酸素吸収酸化物を用いた燃料生成』を推進。プロトン伝導を誘起した金属酸化物において世界で初めてプロトン伝導機構を解明し、Nature Materials 紙に発表した。九州大学に異動後、さきがけ研究前半までの金属酸化物を化学反応場とする研究実績を基礎にペロブスカイト型金属酸化部の非化学非量論性に着目した反応性制御の視点による先見的な研究戦略をさらに精査充実させていっそうの積極的研究展開を図っている。これらの業績を踏まえて、2017年12月に戦略的国際共同研究プログラム(SICORP)のアドバイザーに就任した。.
学会活動
所属学会名
電気化学会
日本固体イオニクス学会
日本金属学会
学協会役員等への就任
2017.12, JST 科学技術振興機構, JST SCICORPアドバイザー.
2016.12, 日本固体イオニクス学会, .
2015.04~2017.03, 日本金属学会, 第5分科会委員.
学会大会・会議・シンポジウム等における役割
2018.09.10~2018.09.13, The 6th Solid-state Chemistry & Ionics (SCI) Workshop, 議長.
2018.06.15~2018.06.15, The 4th Solid-state Chemistry & Ionics (SCI) workshop: Oxygen ions and protons in oxides, 議長.
2017.11.07~2017.11.07, The 3rd Solid-state Chemistry & Ionics (SCI) Workshop, 議長.
2016.12.20~2016.12.20, The 2nd Solid-state Chemistry & Ionics (SCI) Workshop, 議長.
2016.11.16~2016.11.16, The 1st Solid-state Chemistry & Ionics (SCI) Workshop, 議長.
2016.09.18~2016.09.23, The 18th International Conference on Solid State Protonic Conductors (SSPC-18), 座長(Chairmanship).
2016.09.04~2016.09.08, ECI Conference on Nonstoichiometric Compounds, 議長.
2016.09.04~2016.09.08, Engineering Conferences International (ECI ) , 座長(Chairmanship).
2016.06.04~2016.07.03, 2016年日本金属学会秋期講大会プログラム編成委員.
2015.12.18~2015.12.23, 2016年日本金属学会春期講大会プログラム編成委員.
2015.09.16~2015.09.18, 2015年日本金属学会秋期・日本鋼鉄協会秋期講演大会実行委員会, 実行委員.
2015.08~2015.09.01, 非化学量論化合物Ⅵ, 議長.
2015.06.14~2015.06.19, 20th international conference on solid state ionics, 座長(Chairmanship).
2015.04, 日本金属学会, 役員.
2014.11~2014.11, 第40回固体イオニクス討論会, 座長(Chairmanship).
2014.09~2014.09, 第11回稲盛フロンティア研究講演会, 座長(Chairmanship).
2013.07.12~2013.07.12, プロトン伝導酸化物電池の可能性に関する国際ワークショップ, 座長(Chairmanship).
2013.07.10~2013.07.12, International Workshop on Protonic Ceramic Fuel Cells Status & Prospects (PPCC2013 – Prospects Protonic Ceramic Cells), 座長(Chairmanship).
2012.12.05~2012.12.05, 固体イオニクス討論会, 座長(Chairmanship).
2012.09~2012.09, セラミック世界アカデミー, 推薦者.
2011.01~2011.01, 科学技術振興既機構さきがけ「太陽エネルギーと物質変換」, 世話人.
2010.08~2010.08, 第15回固体プロトン伝導体国際会議, 副議長.
2003.10~2003.10, 日本金属学会, 座長(Chairmanship).
学術論文等の審査
年度 外国語雑誌査読論文数 日本語雑誌査読論文数 国際会議録査読論文数 国内会議録査読論文数 合計
2017年度     13 
2014年度      
2015年度     16 
2016年度      
その他の研究活動
海外渡航状況, 海外での教育研究歴
スタンフォード大学, UnitedStatesofAmerica, 2017.07~2017.07.
コロラド鉱山大学, UnitedStatesofAmerica, 2016.09~2016.09.
マサチューセッツ工科大学, UnitedStatesofAmerica, 2015.08~2015.08.
ユニバーシティ・カレッジ・ロンドン, UnitedKingdom, 2015.08~2015.08.
オスロ大学, Norway, 2015.09~2016.09.
韓国科学技術院, Korea, 2014.09~2014.09.
ライプニッツ研究所, Germany, 2014.08~2014.08.
ケンブリッジ大学, UnitedKingdom, 2013.07~2013.07.
ストーニーブルック大学, UnitedStatesofAmerica, 2011.06~2011.06.
ストーニーブルック大学, UnitedStatesofAmerica, 2011.01~2011.01.
カリフォルニア工科大学, UnitedStatesofAmerica, 2006.10~2014.06.
ヴェストファーレン・ヴィルヘルム大学, Germany, 2001.06~2001.06.
受賞
優秀賞, 日本金属学会九州支部・日本鉄鋼協会九州支部・軽金属学会九州支部 平成30年度合同学術講演会, 2018.06.
優秀賞, 日本金属学会九州支部・日本鉄鋼協会九州支部・軽金属学会九州支部 平成30年度合同学術講演会, 2018.06.
優秀研究発表賞, 第55回化学関連支部合同九州大会, 2018.06.
優秀賞, 九州大学エネルギーウィーク2018, 2018.01.
優秀ポスター賞, 第13回固体イオニクスセミナー, 2017.09.
優秀研究発表賞, 第54回化学関連支部合同九州大会, 2017.09.
優秀ポスター賞, 日本金属学会 第160回講演大会, 2017.07.
優秀研究発表賞, 第53回化学関連支部合同九州大会, 2016.06.
第53回化学関連支部合同九州大会 ポスター賞 Hazim,Hyodo,Yamazaki, 2016.07.
The Chemical Conversion of Light Energy Prize 2016, 日本科学技術振興機構(JST)さきがけ「光エネルギーと物質変換」研究領域, 2016.05.
平成27年度九州大学研究活動表彰, 九州大学, 2015.11.
第18回固体イオニクス国際学会ベストポスター賞, 固体イオニクス, 2011.06.
海外特別研究員受賞, 日本学術振興会, 2006.10.
原田研究奨励賞, 本田記念会, 2005.06.
日本金属学会奨励賞, 日本金属学会, 2004.09.
青葉工業振興会奨励賞, 青葉工業振興会, 2002.06.
石原浅田奨励賞, 日本鉄鋼協会, 1999.06.
研究資金
科学研究費補助金の採択状況(文部科学省、日本学術振興会)
2018年度~2020年度, 基盤研究(B), 代表, その場X線吸収分光法を用いたプロトン伝導誘起局所構造の解明.
2016年度~2017年度, 新学術領域研究, 代表, ジルコン酸バリウム薄膜におけるナノ構造制御とプロトン輸送.
2015年度~2017年度, 基盤研究(A), 代表, プロトントラップに基づくプロトン伝導性酸化物の新たな材料科学と材料開発.
2006年度~2008年度, 基盤研究(B), 分担, マグネシウム合金の変形と破壊に及ぼす変形双晶の役割.
2006年度~2008年度, 若手研究(A), 代表, グロー放電水素プラズマクリーニングによる水素透過膜の高性能化.
2005年度~2005年度, 萌芽研究, 代表, 多結晶試料中の特定粒界に沿った拡散係数の新規決定法の構築.
2004年度~2006年度, 特定領域研究, 代表, 金属ガラスにおける原子の拡散と熱的安定性の解明.
2003年度~2003年度, 萌芽研究, 分担, バナジウムのグロー放電プラズマクリーニングによる高性能水素透過精製システムの開発.
2003年度~2004年度, 若手研究(B), 代表, 数ギガパスカルの超高圧水素による空孔拡散の促進と解離拡散のトラップ現象.
2001年度~2002年度, 奨励研究(A), 代表, 超高水素圧を用いた新しい拡散の制御と解析.
1998年度~1998年度, 特定領域研究(A), 代表, 拡散性に著しく差異のある金属間の多相拡散における界面の非平衡特性の解明
.
2000年度~2001年度, 基盤研究(B), 分担, 高純度Fe-Cr合金の全濃度域における自己拡散およびW添加による粒界自己拡散
.
日本学術振興会への採択状況(科学研究費補助金以外)
2006年度~2008年度, 海外特別研究員, 代表, 水素イオン注入によるイオンカット機構とSOIデバイス構造作製プロセス.
競争的資金(受託研究を含む)の採択状況
2018年度~2023年度, 戦略的創造研究推進事業 (文部科学省), 代表, 実験と計算科学の融合による革新的プロトン伝導性無機化合物の創製.
2010年度~2015年度, 日本科学技術振興機構, さきがけ研究, 代表, 太陽光と新規酸素吸収酸化物を用いた燃料生成.
2005年度~2006年度, 日本鉄鋼協会鉄鋼研究振興助成, 代表, 耐熱鋼の寿命予測のためのFe−W合金中のタングステンの拡散.
2005年度~2005年度, 東北大学学際センター共同研究, 代表, バルク金属ガラスにおける原子の巨視的・微視的移動過程と熱的安定性の解明.
2005年度~2005年度, 日本科学技術振興機構シーズ育成研究, 代表, Pdフリー高性能水素透過精製膜の開発.
2003年度~2004年度, 池谷科学技術振興財団研究助成, 代表, 数ギガパスカルの超高圧水素による空孔の導入と拡散の促進.
2001年度~2003年度, 産業技術研究助成事業 (経済産業省), 代表, 超高純度化技術による高効率火力発電用クロム基超合金の開発.
2002年度~2003年度, 川鉄21世紀財団研究助成, 代表, 耐熱鋼のクリープ強度設計のための実用温度における高信頼性拡散データの確立.
1999年度~2000年度, 日本鉄鋼協会鉄鋼研究振興助成および石原・浅田研究助成, 代表, 高純度Fe-Cr合金のα相領域の拡散機構と相分離過程の解明.
2000年度~2000年度, 池谷科学技術振興財団国際交流助成, 代表, 固体中の原子の拡散に関する研究.
共同研究、受託研究(競争的資金を除く)の受入状況
2005.04~2006.03, 代表, バルク金属ガラスにおける原子の巨視的・微視的移動過程と熱的安定性の解明.
寄附金の受入状況
2015年度, 池谷科学技術振興財団, 「プロトントラップに基づいた中温動作固体酸化物形燃料電池電解質の材料設計」に関する研究助成.
2005年度, 日本鉄鋼協会, 「耐熱鋼の寿命予測のためのFe-W合金中のタングステンの拡散」に関する研究助成.
2003年度, 池谷科学技術振興財団, 「数ギガパスカルの超高圧水素による空孔の導入と拡散の促進」に関する研究助成.
2002年度, 川鉄21世紀財団, 「耐熱鋼のクリープ強度設計のための実用温度における高信頼性拡散データの確立」に関する研究助成.
2000年度, 池谷科学技術振興財団, 池谷科学技術振興財団, 国際交流助成.
1999年度, 日本鉄鋼協会, 鉄鋼研究振興助成および石原・浅田研究助成, 「高純度Fe-Cr合金のα相領域の拡散機構と相分離過程の解明」に関する研究助成.
学内資金・基金等への採択状況
2018年度~2018年度, H30年度エネルギー研究教育機構 若手研究者・博士課程学生支援プログラム, 分担, 次世代燃料電池電解質におけるプロトン伝導の起源解明.
2018年度~2018年度, H30年度エネルギー研究教育機構 若手研究者・博士課程学生支援プログラム, 連携, 格子欠陥および金属接合を利用した界面バンドエンジニアリングによる水分解光触媒の高性能化.
2016年度~2017年度, 「Progress100」トップ100大学交流支援型, 代表, プロトンを基軸とした新たなイオニクスや新スピン流物性に関する共同研究.
2016年度~2017年度, H28年度エネルギー研究教育機構 若手研究者・博士課程学生支援プログラム, 分担, 熱化学法によるCO2の資源化.

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