Updated on 2026/07/04

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SUGAWARA Yuuki
 
Organization
Institute of Integrated Research Laboratory for Chemistry and Life Science Visiting Assistant Professor
Title
Visiting Assistant Professor
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News & Topics

Research Interests

  • 第一原理計算

  • 機械学習

  • 燃料電池

  • 水電解

  • 分子認識材料

  • バイオ機能材料

  • 膜工学

Research Areas

  • Nanotechnology/Materials / Polymer chemistry  / 分子認識ポリマー

  • Manufacturing Technology (Mechanical Engineering, Electrical and Electronic Engineering, Chemical Engineering) / Transport phenomena and unit operations  / 膜工学

  • Manufacturing Technology (Mechanical Engineering, Electrical and Electronic Engineering, Chemical Engineering) / Catalyst and resource chemical process  / 燃料電池・水電解

  • Manufacturing Technology (Mechanical Engineering, Electrical and Electronic Engineering, Chemical Engineering) / Chemical reaction and process system engineering  / 電池反応、電解合成、電気化学デバイス

Education

  • Tokyo Institute of Technology

    2011.4 - 2014.3

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  • Tokyo Institute of Technology

    2009.4 - 2011.3

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  • Tokyo Medical and Dental University   Faculty of Medicine

    2006.4 - 2009.3

    　 More details

  • Tokyo Institute of Technology   School of Engineering   Dept. of Chemical Engineering

    2005.4 - 2009.3

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Research History

  • Yokohama National University   Graduate School of Engineering Science   Assistant Professor

    2026.4

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  • Institute of Science Tokyo   Assistant Professor

    2024.10 - 2026.4

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    Country：Japan

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  • Tokyo Institute of Technology   Institute of Innovative Research   Assistant Professor

    2018.4 - 2024.9

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  • Tokyo Institute of Technology   Institute of Innovative Research   Specially Appointed Assistant Professor

    2017.6 - 2018.3

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  • Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg   Institute of Chemistry

    2016.4 - 2017.5

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  • Karlsruhe Institute of Technology   Institute of Biological Interfaces

    2014.4 - 2016.3

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  • 公益財団法人 村田海外留学奨学会   第45期奨学生

    2014.4 - 2015.3

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  • 日本学術振興会   特別研究員(DC1)

    2011.4 - 2014.3

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Professional Memberships

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Committee Memberships

  • 公益社団法人 電気化学会   代議員  

    2026.3   

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  • 公益社団法人 電気化学会   編集委員  

    2025.3   

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    Committee type：Academic society

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  • 公益社団法人 電気化学会 関東支部   幹事  

    2025.1   

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    Committee type：Academic society

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  • 第44回HESS(水素エネルギー協会)大会   実行委員  

    2024.3   

    　 More details

  • 公益社団法人 化学工学会 関東支部   若手の会 幹事  

    2024.3   

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    Committee type：Academic society

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  • General Affairs Committee, Executive Committee Member   General Affairs Committee, Executive Committee Member  

    2023.3 - 2023.7   

    　 More details

    Committee type：Academic society

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  • 材料化学システム工学討論会, 公益社団法人化学工学会 - 材料界面部会   実行委員  

    2021.9   

    　 More details

    Committee type：Academic society

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  • JSPSボン研究連絡センター   2016年度「日本人研究者ネットワーク(JR-Net)」連絡会議 委員  

    2016.9   

    　 More details

    Committee type：Academic society

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  • 4th Cross-disciplinary Meeting of Japanese Young Scientists in Europe   運営委員長  

    2016.7   

    　 More details

    Committee type：Other

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  • A Cross-disciplinary Network for Japanese Young Scientists in Europe   世話人  

    2016.3 - 2017.4   

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    Committee type：Other

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Papers

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Books

  • 触媒年鑑 触媒技術の動向と展望 2026

    菅原勇貴, 山口猛央（ Role： Joint authorアニオン交換膜型水電解用電極触媒の設計論）

    触媒学会  2026.4 

    　More details

    Total pages：408   Responsible for pages：124-133   Language：Japanese   Book type：Scholarly book

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  • グリーン水素製造に向けた水電解および周辺技術

    菅原勇貴（ Role： Contributorデータ科学・計算化学による水電解用複合酸化物触媒の活性指標解析）

    株式会社情報機構  2023.10  （ ISBN:9784865022582 ）

    　More details

  • 水電解による水素製造技術 ～ 各種水電解法の基本・最新技術と世界の水素政策動向

    菅原勇貴, 山口猛央（ Role： Contributorアニオン交換膜形水電解アノード反応に用いる高性能電極触媒の設計論, pp119-131）

    株式会社シーエムシー  2023.6  （ ISBN:9784910581408 ）

    　More details

  • マテリアルズインフォマティクスのためのデータ作成とその解析、応用事例

    菅原勇貴, 山口猛央（ Role： Contributorマテリアルズ･インフォマティクスのためのデータ構築技術と材料開発へのアプローチ, pp 377-390）

    技術情報協会  2021.7  （ ISBN:9784861048548 ）

    　More details

    Total pages：500p   Language：Japanese  

    CiNii Books

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  • Smart Membranes

    Yuuki sugawara, Takeo Yamaguchi（Biomolecule-recognition Smart Gating Membranes）

    Royal Society of Chemistry  2019.4  （ ISBN:9781788012430 ）

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    Responsible for pages：230-254  

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  • 刺激応答性高分子ハンドブック

    菅原勇貴, 山口猛央（分子認識ゲート膜とその展開）

    株式会社 エヌ・ティー・エス  2018.12  （ ISBN:9784860435356 ）

    　More details

    Responsible for pages：714-722  

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MISC

  • 化学工学年鑑2025、10章 資源・エネルギー、10.2 エネルギー変換技術 (電解、CO2還元、アンモニア合成、燃料電池) Invited

    菅原勇貴

    化学工学   89 ( 10 )   57 - 58   2025.10

    　More details

    Authorship：Lead author,　Corresponding author   Language：Japanese   Publishing type：Article, review, commentary, editorial, etc. (scientific journal)  

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  • Design of Prominent Electrocatalysts for Water Splitting based on Data Science

    SUGAWARA Yuuki

    Denki Kagaku   93 ( 1 )   5 - 8   2025.3

    　More details

    Language：Japanese   Publisher：The Electrochemical Society of Japan  

    DOI： 10.5796/denkikagaku.25-fe0104

    CiNii Research

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  • Development of a non-precious metal anode catalyst-layer using nickel phosphates for anion exchange membrane water electrolysis

    山岡雄貴, 黒木秀記, 中瀬雄登, 菅原勇貴, 奥山浩人, 鎌田慶吾, 山口猛央

    燃料電池シンポジウム講演予稿集(CD-ROM)   31st   2024

    　More details

  • 優れた酸素発生反応活性を示す水電解用ニッケルリン酸化物型電極触媒の開発

    菅原勇貴, 中瀬雄登, ANILKUMAR Gopinathan M, ANILKUMAR Gopinathan M, 鎌田慶吾, 山口猛央

    化学工学会秋季大会研究発表講演要旨集(CD-ROM)   55th   2024

    　More details

  • Sensitive and rapid immunosensor using small pore space of porous membrane.

    奥山浩人, 菅原勇貴, 山口猛央

    日本膜学会年会講演要旨集(CD-ROM)   46th   2024

    　More details

  • アンチファウリング膜設計に向けたポリマー表面改質と多成分解析

    舞弓哲史, 奥山浩人, 菅原勇貴, 山口猛央

    化学工学会年会研究発表講演要旨集(CD-ROM)   89th   2024

    　More details

  • 機械学習による親水性ブラシへのタンパク質吸着現象理解

    奥山浩人, 菅原勇貴, 山口猛央

    膜シンポジウム(CD-ROM)   2024   2024

    　More details

  • 機械学習を利用した双性イオンポリマーブラシへのタンパク質吸着現象の理解

    奥山浩人, 菅原勇貴, 山口猛央

    化学工学会年会研究発表講演要旨集(CD-ROM)   89th   2024

    　More details

  • アルカリ水電解のアノード反応用鉄系リン酸化物型電極触媒の開発

    菅原勇貴, 鎌田慶吾, 松田蒼依, 山口猛央

    化学工学会年会研究発表講演要旨集(CD-ROM)   88th   2023

    　More details

  • Development of Iron-based Phosphates for Oxygen Evolution Reaction Electrocatalysis based on Iron Atomic Configurations

    菅原勇貴, 鎌田慶吾, 松田蒼依, 山口猛央

    電気化学会大会講演要旨集(Web)   90th   2023

    　More details

  • The modification of the interface of QCM-D sensor and analysis for adsorption behavior towards design of anti-fouling membrane.

    舞弓哲史, 奥山浩人, 菅原勇貴, 山口猛央

    日本膜学会年会講演要旨集(CD-ROM)   45th   2023

    　More details

  • データを活用した鉄系複合酸化物触媒の水電解アノード反応活性に対する普遍的構造因子の解明

    菅原勇貴, 上野里美, 鎌田慶吾, 山口猛央

    化学工学会年会研究発表講演要旨集(CD-ROM)   87th   2022

    　More details

  • 鉄系複合酸化物の結晶構造に基づく水電解アノード反応触媒の設計論の提案

    菅原勇貴, 上野里美, 鎌田慶吾, 山口猛央

    触媒討論会討論会A予稿集(CD-ROM)   130th   2022

    　More details

  • アルカリ水電解用新規な鉄系複合酸化物型酸素発生触媒の開発と高活性化機構の解明

    上野里美, 菅原勇貴, 鎌田慶吾, 山口猛央

    化学工学会年会研究発表講演要旨集(CD-ROM)   86th   2021

    　More details

  • 高電位下で優れた耐腐食性を発揮する導電性チタン酸化物を担体とした酸素発生反応用電極触媒の開発

    菅原勇貴, 日原拓哉, ANILKUMAR Gopinathan M, ANILKUMAR Gopinathan M, 鎌田慶吾, 山口猛央

    電気化学会大会講演要旨集(CD-ROM)   88th   2021

    　More details

  • 鉄系酸化物の酸素発生触媒作用における結晶構造効果の解明

    菅原勇貴, 鎌田慶吾, 林愛理, 伊藤満, 濱嵜容丞, 山口猛央

    化学工学会秋季大会研究発表講演要旨集(CD-ROM)   52nd   2021

    　More details

  • 耐腐食性チタン酸化物微粒子を担体とする酸素発生反応用電極触媒の開発

    菅原勇貴, 日原拓哉, ANILKUMAR Gopinathan M, ANILKUMAR Gopinathan M, 鎌田慶吾, 山口猛央

    化学工学会年会研究発表講演要旨集(CD-ROM)   86th   2021

    　More details

  • 金属酸化物を担体に用いた酸素発生反応用コンポジット電極触媒の開発

    日原拓哉, 菅原勇貴, 鎌田慶吾, 山口猛央

    化学工学会年会研究発表講演要旨集(CD-ROM)   85th   2020

    　More details

  • 優れた酸素発生反応活性を示すアルカリ水電解用鉄系アノード触媒の開発

    菅原勇貴, 鎌田慶吾, 山口猛央

    化学工学会年会研究発表講演要旨集(CD-ROM)   85th   2020

    　More details

  • アルカリ水電解用鉄系酸素発生触媒の開発

    菅原勇貴, 鎌田慶吾, 石川敦之, 館山佳尚, 山口猛央

    化学工学会秋季大会研究発表講演要旨集(CD-ROM)   51st   2020

    　More details

  • アルカリ中で高い水素発生反応活性を示すルテニウム系ペロブスカイト型触媒

    菅原勇貴, 鎌田慶吾, 山口猛央

    化学工学会年会研究発表講演要旨集(CD-ROM)   84th   2019

    　More details

  • 生体分子認識ゲート膜における金ナノ粒子透過性の評価

    菅原勇貴, 大橋秀伯, 田巻孝敬, 山口猛央, 黒木秀記, 伊藤大知

    日本膜学会年会講演要旨集   32nd   2010

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Presentations

  • データ駆動型研究を取り入れた材料開発の取り組み Invited

    菅原勇貴

    第20回データ駆動型AIセミナー  2024.6 

    　More details

    Event date： 2024.6

    Language：Japanese   Presentation type：Oral presentation (invited, special)  

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  • インフォマティックス手法を活用した卑金属電極触媒の効率設計 Invited

    菅原勇貴

    第31回燃料電池シンポジウム  2024.5 

    　More details

    Event date： 2024.5

    Language：Japanese   Presentation type：Oral presentation (invited, special)  

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  • アニオン交換膜形水電解用卑金属触媒の結晶構造からの設計戦略 Invited

    菅原勇貴

    電気化学会第165回燃料電池研究会セミナー  2024.12 

    　More details

    Language：Japanese   Presentation type：Oral presentation (invited, special)  

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  • Design Strategies for Nonprecious Metal Catalysts for AEM Water Electrolysis Based on Crystal Structures Invited

    Yuuki Sugawara

    247th ECS Meeting  2025.5 

    　More details

    Language：English   Presentation type：Oral presentation (invited, special)  

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  • 水電解用卑金属電極触媒の合理的設計のための活性指標の確立 Invited

    菅原勇貴

    水素エネルギー協会第178回定例研究会  2026.2  水素エネルギー協会

    　More details

    Language：Japanese   Presentation type：Oral presentation (invited, special)  

    Venue：オンライン   Country：Japan  

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  • アルカリ水電解用鉄系電極触媒の活性に及ぼす組成および構造の効果 Invited

    菅原勇貴

    第7回アライアンス若手研究交流会  2019.11 

    　More details

    Presentation type：Oral presentation (invited, special)  

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  • 実験/計算/データの活用による水素製造用高性能電極触媒の設計開発 Invited

    菅原勇貴

    2021年度アライアンス合同ウェブ分科会  2022.2 

    　More details

    Presentation type：Oral presentation (invited, special)  

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  • 実験/計算/データの協働による水電解用触媒開発の高速化および結晶構造に基づく触媒設計論の確立 Invited

    菅原勇貴

    材料化学システム工学討論会2022  2022.9 

    　More details

    Presentation type：Oral presentation (invited, special)  

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  • 実験と計算を活用した水電解用電極触媒の効率設計 Invited

    菅原勇貴

    化学工学会 2022 新潟大会  2022.11 

    　More details

    Presentation type：Oral presentation (invited, special)  

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  • 水素製造用電極触媒の結晶構造からの設計戦略 － 実験、計算化学、データ科学の活用 Invited

    菅原勇貴

    公益社団法人化学工学会エネルギー部会 第１回エネルギー部会シンポジウム  2023.1 

    　More details

    Presentation type：Oral presentation (invited, special)  

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  • 実験・計算・データの協働による水電解用電極触媒開発および包括的結晶構造指標の提案 Invited

    菅原勇貴

    第6回東工大応用化学系次世代を担う若手シンポジウム  2023.3 

    　More details

    Presentation type：Oral presentation (invited, special)  

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  • マテリアルズインフォマティクス手法を活用した水電解用電極触媒の効率設計 Invited

    菅原勇貴

    第30回燃料電池シンポジウム  2023.5 

    　More details

    Presentation type：Oral presentation (invited, special)  

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  • DNA固定化PNIPAMの凝集現象の解明と分子認識ゲート膜の開発 Invited

    菅原勇貴

    理研セミナー  2014.2 

    　More details

    Presentation type：Oral presentation (invited, special)  

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  • 水電解電極反応の触媒作用における結晶構造効果の解明 Invited

    菅原勇貴

    第26回反好会講演会  2024.3 

    　More details

    Language：Japanese   Presentation type：Oral presentation (invited, special)  

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Awards

  • 令和7年度 科学技術分野の文部科学大臣表彰, 若手科学者賞

    2025.4   文部科学省   結晶構造に基づく電気化学触媒の設計論に関する研究

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  • 第1回社会変革チャレンジ賞, 奨励賞

    2024.6   東京工業大学   化学産業のパラダイムシフトをもたらす革新的電気化学触媒の創出

    菅原勇貴

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  • GSC賞 奨励賞

    2024.5   公益社団法人新化学技術推進協会 (JACI)   水電解用鉄系触媒の結晶構造に基づく包括的触媒設計論の確立および高性能触媒の開発

    菅原勇貴

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  • FCDIC顕彰 奨励賞

    2024.2   一般社団法人燃料電池開発情報センター   インフォマティックス手法を活用した卑金属電極触媒の効率設計

    菅原勇貴

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  • Next Generation of Polymer Researchers

    2023.12   Macromolecular Chemistry and Physics, Wiley-VCH  

    Yuuki Sugawara

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  • SIS部会研究奨励賞

    2023.9   公益社団法人化学工学会 システム・情報・シミュレーション(SIS)部会  

    菅原勇貴

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  • 東工大工系教育賞

    2019.1   東京工業大学  

    菅原 勇貴

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  • 学生賞(金賞)

    2012.8   化学工学会  

    菅原 勇貴

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  • 東京工業大学化学環境学専攻中間発表会 ベストポスター賞

    2009.12   東京工業大学  

    菅原 勇貴

    　More details

  • The Best Student Poster Award

    2009.7  

    Yuuki Sugawara

    　More details

  • 学生賞

    2009.5   日本膜学会  

    菅原 勇貴

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Research Projects

  • 結晶構造に着目した直接海水電解用電極触媒の設計論の構築

    Grant number：25K08375  2025.4 - 2028.3

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(C)

    菅原 勇貴

    　 More details

    Grant amount：\4680000 （ Direct Cost: \3600000 、 Indirect Cost：\1080000 ）

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  • 化学産業のパラダイムシフトをもたらす革新的電気化学触媒の創出

    2024.7 - 2025.3

    東京工業大学  イノベーションデザイン機構／社会変革チャレンジ賞 

    　 More details

  • 高効率・高耐久・低コスト化を可能にする燃料電池システムの実現

    2023.10 - 2028.3

    国立研究開発法人科学技術振興機構（JST）  革新的GX 技術創出事業（GteX）  「水素」領域, 高効率・高耐久・低コスト化を可能にする燃料電池システムの実現

    　 More details

    Authorship：Coinvestigator(s) 

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  • 窒素から硝酸への直接変換を可能にする革新的電気化学触媒の創出

    2023.9 - 2024.3

    東京工業大学  基礎研究機構／広域基礎研究塾 新研究展開奨励金 

    　 More details

  • 出力変動対応、高電流密度域利用、高圧水素製造を可能とする高性能アニオン交換膜型水電解の研究開発

    2023.6 - 2025.3

    NEDO燃料電池等利用の飛躍的拡大に向けた共通課題解決型産学官連携研究開発事業／研究開発項目Ⅱ  水素利用等高度化先端技術開発 

    　 More details

    Authorship：Coinvestigator(s) 

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  • 系統的な実験データに裏付けされた高活性電極材料創出およびフロンティア触媒材料の低コストデータ駆動型評価システム探索

    Grant number：2022Y001  2022.5 - 2024.3

    ⼈と知と物質で創るクロスオーバーアライアンス  若手フィージビリティスタディ共同研究 

    　 More details

    Authorship：Principal investigator 

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  • 室温準安定スピネルの高活性電極触媒への展開

    Grant number：20218003  2021.10 - 2022.3

    人・環境と物質をつなぐイノベーション創出ダイナミック・アライアンス  若手共同研究支援プログラム 

    　 More details

    Authorship：Coinvestigator(s) 

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  • 低コストAEM型水電解システムの実現に向けたアニオン交換膜材料の高ロバスト化

    2021.6 - 2023.3

    NEDO  水素利用等先導研究開発事業／水電解水素製造技術高度化のための基盤技術研究開発 

    　 More details

    Authorship：Coinvestigator(s) 

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  • テーラーメード型アンチファウリング膜表面設計方法論の構築

    Grant number：21H01686  2021.4 - 2025.3

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    山口 猛央, 菅原 勇貴, 奥山 浩人, 大柴 雄平, 田巻 孝敬

    　 More details

    Grant amount：\17160000 （ Direct Cost: \13200000 、 Indirect Cost：\3960000 ）

    本研究では、市販多孔質膜の表面状態を簡便に制御する膜表面改質法と水晶振動子マイクロバランス測定による精密改質表面のスクリーニング、及びデータサイエンスを駆使した水質ごとの表面設計手法を組み合わせ、それぞれの水質でファウリングを抑制する最適な膜表面をテーラーメードに設計する手法を確立することを目的とする。今年度は、様々な多孔質膜基材に修飾が可能なポリドーパミンを介した、双性イオンポリマーの簡便な膜表面精密制御法の開発を行った。まず多孔質基材を適切な条件でドーパミン水溶液に浸漬させたところ、膜細孔内に均一かつ非常に薄いポリドーパミン層を形成することに成功した。さらに、形成させたポリドーパミン層を修飾し、細孔内にClick反応活性な末端三重結合を高密度に導入した。このように表面修飾した多孔質膜基材に対して、原子移動ラジカル重合によって、ポリマー長を制御しながらアジド末端を有する双性イオンポリマーを合成し、高反応性、高選択性のClick反応を用いて膜表面に固定化することに成功した。また、固定化時の溶媒を適切に選択することで、ポリマー鎖の広がりを高度に制御することができ、細孔内ポリマーの固定化密度を精密に制御することに成功した。さらに作製した双性イオンポリマー精密修飾膜に対して、蛍光標識されたウシ血清アルブミンを用いた静的なファウリング評価を行い、非常に高いアンチファウリング特性を有していることを確認した。

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  • テーラーメード型アンチファウリング膜表面設計方法論の構築

    Grant number：23K21055  2021.4 - 2025.3

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    山口 猛央, 菅原 勇貴, 奥山 浩人, 大柴 雄平, 田巻 孝敬

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    Grant amount：\17160000 （ Direct Cost: \13200000 、 Indirect Cost：\3960000 ）

    本研究では、市販多孔質膜の表面状態を簡便に制御する膜表面改質法と水晶振動子マイクロバランス測定による精密改質表面のスクリーニング、及びデータサイエンスを駆使した水質ごとの表面設計手法を組み合わせ、それぞれの水質でファウリングを抑制する最適な膜表面をテーラーメードに設計する手法を確立することを目的とする。ポリドーパミンを介した双性イオンポリマーの膜表面修飾では、ポリドーパミン層の安定性や脱離の課題が残っていた。今年度は、熱アニーリングを行うことでポリドーパミン層の安定性を向上することを目指した。この工程を行うことにより、より精緻な密度制御が可能になるだけでなく、ポリドーパミン層の剥離の課題が解決された。さらに溶媒種をさらに増やすことで、制御できる密度範囲を向上することに成功した。機械学習においては、まず文献を収集し、欠損値のない100以上のサンプル数からなるデータセットを作成した。さらに、線形および非線形回帰手法により予測モデルを構築し、学習されたモデルを用いて様々な水質条件下におけるタンパク質吸着量のブラシ密度・分子量依存性を予測した。その結果、ポリマー分子量よりも密度の影響を大きく受けることが示されるとともに、吸着が生じる特異的な領域が存在することが示唆された。また、吸着現象をさらに詳細に調査するため、QCM-D装置を用いてBSAおよびフミン酸溶液を用いて吸着性を測定した。機械学習の結果を基に、pH、イオン強度に特に焦点を当て、溶液条件やポリマー密度、長さを変更して系統的にファウリング挙動を調査し、機械学習への展開に向けたデータの収集を行った。

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  • ペロブスカイト酸化物ナノ粒子の実用的合成手法の開発と触媒応用

    2020.11 - 2023.3

    JST  研究成果最適展開支援プログラム（A-STEP）産学共同（育成型） 

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    Authorship：Collaborating Investigator(s) (not designated on Grant-in-Aid) 

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  • 高比表面積ナノスピネルの系統的評価に基づく水系空気電池触媒の開拓

    Grant number：20208001  2020.10 - 2021.3

    人・環境と物質をつなぐイノベーション創出ダイナミック・アライアンス  若手共同研究支援プログラム 

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    Authorship：Coinvestigator(s) 

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  • カーボンフリー白金合金ナノ粒子連結触媒とポリフェニレン系細孔フィリング電解質膜の開発および高電圧・高出力MEA への展開

    2020.9 - 2025.3

    NEDO  次世代電池・水素部／燃料電池等利用の飛躍的拡大に向けた共通課題解決型産学官連携研究開発事業 

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    Authorship：Coinvestigator(s) 

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  • Design principle of metal oxides as electrocatalysts for alkaline water splitting based on machine learning and construction of durable water electrolyzer cell systems

    Grant number：20K15087  2020.4 - 2023.3

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Early-Career Scientists  Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

    Sugawara Yuuki

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    Grant amount：\4160000 （ Direct Cost: \3200000 、 Indirect Cost：\960000 ）

    A design guideline for highly active multimetal oxide catalysts AxByOz (A: typical metal, B: transition metal) for water electrolysis has been established through a machine learning analysis. Using this design guideline, we succeeded in developing a layered cobalt-manganese oxide/graphene hybrid catalyst with the highest catalytic activity for anodic oxygen evolution reaction in the water electrolysis among the previously reported transition metal-based binary oxides. Furthermore, we focused on the development of nanospinels AMn2O4 (A: inexpensive typical metal or transition metal) composed of manganese and reported highly active NiMn2O4 nanospinels.

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  • 次元性を制御したマンガン複酸化物ナノ粒子の水電解および 燃料電池触媒応用

    2019.11 - 2020.3

    人・環境と物質をつなぐイノベーション創出ダイナミック・アライアンス  若手共同研究支援プログラム 

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    Authorship：Principal investigator 

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  • 大気中窒素の硝酸への電気化学的変換技術の創出

    2019.11 - 2020.3

    東京工業大学 広域基礎研究塾  新研究挑戦奨励金 

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  • 高性能・高耐久な固体高分子形 および固体アルカリ水電解の材 料・セルの設計開発

    2018.10 - 2023.3

    NEDO  水素利用等先導研究開発事業／水電解水素製造技術高度化のための基盤技術研究開発 

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  • Fluorescence-based enhancement of sensitivity and visualization of output in molecular recognition gating membranes

    Grant number：18K14041  2018.4 - 2020.3

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

    Sugawara Yuuki

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    Authorship：Principal investigator  Grant type：Competitive

    A novel phase transition phenomenon was uncovered by copolymerization of benzoxadiazole (BD) to a thermoresponsive polymer bearing cyclodextrin (CD). The novel phenomenon exhibited the inhibition of polymer aggregation by molecular recognition, whereas the conventional phenomenon induces the shift of aggregation temperature. Computational chemistry analysis indicated that the novel phenomenon resulted from formation of noncovalent cross-linking via inclusion of BD into CD cavity. Moreover, the fluorophore-driven polymer aggregation phenomenon was further applied to membrane-type sensing materials. A thermoresponsive polymer bearing double-stranded DNA as molecular recognition moiety was immobilized onto the surface inside of membrane pores. When DNA inside the membrane recognized intercalating fluorophores between DNA base pairs, the pores of the membrane opened because repulsion forces between DNA strands was rendered, leading to polymer aggregation.

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  • 再生可能エネルギーからのエネルギーキャリアの製造とその利用のための革新的基盤技術の創出

    2017.4 - 2021.3

    JST  CREST 

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    Authorship：Coinvestigator(s) 

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  • Systematic Design of Membrane-based Sensors for Disease Diagnosis

    Grant number：15H02315  2015.4 - 2019.3

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)  Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    YAMAGUCHI TAKEO

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    Grant amount：\44070000 （ Direct Cost: \33900000 、 Indirect Cost：\10170000 ）

    In this research, we developed membrane-based sensors whose pore space is effectively utilized as a reaction space for disease diagnosis. Using our developed plasma graft polymerization technique, sensor moieties such as antigen were homogeneously and densely introduced into pore surfaces inside a porous membrane. This membrane sensor showed higher sensitivity and selectivity compared with conventional ELISA and the total measurement time was shortened to 1/6. This rapid, selective, and sensitive membrane sensor is expected to be an ideal candidate for Point-of-Care Testing devices.

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  • 新規な光誘起クリック反応の開発

    2014.4 - 2015.3

    公益財団法人 村田海外留学奨学会  第45期奨学生 

    菅原 勇貴

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    Authorship：Principal investigator  Grant type：Competitive

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  • DNAアプタマーと合成ポリマーの融合による特異的分子認識材料の開発

    2011.4 - 2014.3

    日本学術振興会  特別研究員奨励費(DC1) 

    菅原 勇貴

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    Authorship：Principal investigator  Grant type：Competitive

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  • DNAアプタマーと合成ポリマーの融合による特異的分子認識材料の開発

    Grant number：11J09545  2011 - 2013

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 特別研究員奨励費  特別研究員奨励費

    菅原 勇貴

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    Grant amount：\1900000 （ Direct Cost: \1900000 ）

    本研究は、多様な標的分子を特異的に検出する新規なセンサー材料を目指し、新規な分子認識ゲート膜の開発を行う。当ゲート膜は、レセプターとしてDNAを、アクチュエーターとして感温性ポリマー(ポリN-イソプロピルアクリルアミド)(PNIPAM)を持ち、標的分子の認識により多孔質膜の細孔の開閉を行う。今年度は、まず、2本鎖DNA末端にミスマッチの配列を持つリニア2本鎖DNA結合PNIPAMは高温域で凝集が抑制された状態が続くことを観察した。これはDNAの末端の自由度が高いためにエントロピー反発で凝集が抑制されている。このことから、DNAの自由度がPNIPAMの凝集を制御することが示された。次に、DNA結合PNIPAMの凝集挙動へのインターカレーターの影響を調査した。その結果、DNAへのインターカレーターの結合により高温域でDNA結合PNIP川は急激に凝集した。また荷電が弱くDNAとの結合親和性の低いインターカレーターでは、より高温でPNIPAMは激しく凝集した。これはDNA結合PNIPAMの凝集現象がインターカレーターにより荷電支配の現象から自由度支配の別の現象に切り替わったことを示す。次に、DNA固定化分子認識ゲート膜において、DNAが1本鎖の場合と2本鎖の場合で膜の水透過性を評価した。その結果、1本鎖DNA膜に比べ2本鎖DNA膜では細孔が開かず透過性が小さかった。これは2本鎖DNAの形成でDNAの荷電が増加し静電反発によりグラフトポリマーの収縮が抑制されたためと考えられ、膜の系でもDNAの荷電状態の違いでポリマーの形態が変化し、膜の透過性を制御可能であることが示された。次に、タンパク質であるトロンビンに特異的に結合するDNAアプタマーを持つ2本鎖DNA膜において、トロンビンの添加により膜の透過性が上昇したことを観察した。これはDNAアプタマーがトロンビンを認識すると同時に2本鎖DNAが解離し、DNAの荷電が減少したためである。以上のように、特異的標的分子の存在で細孔の開閉を行う、DNAをレセプターとした分子認識ゲート膜の開発に成功した。

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Teaching Experience

  • エネルギー化学概論

    2026.4 Institution：横浜国立大学 大学院理工学府 化学・生命理工学専攻

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    Level：Postgraduate  Country：Japan

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  • 化学応用EP基礎実験

    2026.4 Institution：横浜国立大学 理工学部 化学・生命系学科

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    Level：Undergraduate (specialized)  Country：Japan

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  • 応用化学実験第二

    2024.10 Institution：東京科学大学 物質理工学院 応用化学系

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  • 応用化学実験第二

    2023.4 - 2024.9 Institution：東京工業大学 物質理工学院 応用化学系

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  • 応用化学実験第一

    2018.4 - 2023.3 Institution：東京工業大学 物質理工学院 応用化学系

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Social Activities

  • 玉社生に告ぐ

    Role(s)： Lecturer

    攻玉社高等学校  2018.6

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    Type：Lecture

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Media Coverage

  • 水電解用鉄系触媒の結晶構造に基づく包括的触媒設計論の確立および高性能触媒の開発 Newspaper, magazine

    化学工業日報  朝刊3面  2024.6

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    Author：Myself 

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  • 安価・高活性な水電解正極 Newspaper, magazine

    化学工業日報  朝刊3面  2021.4

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  • 極めて安価な金属で世界トップクラスの活性を持つ水電解用触媒を開発 Internet

    東工大ニュース  2021.3

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    Author：Myself 

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  • 鉄とカルシウム CO2削減の『切り札』に Newspaper, magazine

    産経ニュース  2021.3

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  • Dethroning electrocatalysts for hydrogen production with inexpensive alternative material Internet

    Chem Europe  2021.3

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  • Dethroning Electrocatalysts for Hydrogen Production with Inexpensive Alternative Material Internet

    Mirage News  2021.3

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  • Scientists Find Remarkable Electrocatalyst Candidate for Cost-Effective Water Splitting Internet

    Azom.com  2021.3

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  • Dethroning Electrocatalysts for Hydrogen Production with Inexpensive Alternative Material Internet

    Nanotechnology Now  2021.3

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  • Tokyo Tech team develops high-performance bimetallic OER electrocatalyst for water splitting

    Green Car Congress  2021.3

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  • 水の電解触媒 価格３万分の１ Newspaper, magazine

    日経産業新聞  6面  2021.3

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  • Dethroning electrocatalysts for hydrogen production with inexpensive alternative material Internet

    Phys. org  2021.3

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    Author：Other 

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  • Dethroning electrocatalysts for hydrogen production with inexpensive alternative material Internet

    Eurekalert!  2021.3

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  • Dethroning electrocatalysts for hydrogen production with inexpensive alternative material Internet

    Bioengineer.org  2021.3

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  • Dethroning electrocatalysts for hydrogen production with inexpensive alternative material Internet

    ScienMag  2021.3

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  • Dethroning electrocatalysts for hydrogen production with inexpensive alternative material Internet

    Science Daily  2021.3

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  • 東工大・物材機構、水電解の安価な触媒開発 Newspaper, magazine

    日刊工業新聞電子版  2021.3

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    Author：Other 

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  • 水電解の安価な触媒 Newspaper, magazine

    日刊工業新聞  朝刊19面  2021.3

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  • 水の電気分解用、安価な触媒開発 Newspaper, magazine

    日本経済新聞電子版  2021.3

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  • 水の電気分解用、安価な触媒開発 Newspaper, magazine

    日本経済新聞  朝刊11面  2021.3

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  • Fullerene-containing networks via light induced crosslinking Internet

    Atlas of Science  Atlas of Science  2017.3

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