2026/07/04 更新

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スガワラ　ユウキ
菅原　勇貴
SUGAWARA Yuuki
所属
総合研究院 化学生命科学研究所 特定助教
職名
特定助教
外部リンク

News & Topics

研究キーワード

  • 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

研究分野

  • ナノテク・材料 / 高分子化学  / 分子認識ポリマー

  • ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 移動現象、単位操作  / 膜工学

  • ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 触媒プロセス、資源化学プロセス  / 燃料電池・水電解

  • ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 反応工学、プロセスシステム工学  / 電池反応、電解合成、電気化学デバイス

学歴

  • 東京工業大学   大学院 総合理工学研究科   化学環境学専攻博士課程

    2011年4月 - 2014年3月

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  • 東京工業大学   大学院 総合理工学研究科   化学環境学専攻修士課程

    2009年4月 - 2011年3月

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  • 東京医科歯科大学   医学部   特別聴講学生

    2006年4月 - 2009年3月

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    備考： 四大学連合複合領域コース 医用工学コース

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  • 東京工業大学   工学部   化学工学科応用化学コース

    2005年4月 - 2009年3月

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経歴

  • 横浜国立大学   大学院工学研究院   助教

    2026年4月 - 現在

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  • 東京科学大学   助教

    2024年10月 - 2026年4月

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    国名：日本国

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  • 東京工業大学   科学技術創成研究院   助教

    2018年4月 - 2024年9月

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  • 東京工業大学   科学技術創成研究院   特任助教

    2017年6月 - 2018年3月

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  • マルティン・ルター大学ハレ・ヴィッテンベルク   Institute of Chemistry   博士研究員

    2016年4月 - 2017年5月

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  • カールスルーエ 工科大学   Institute of Biological Interfaces   博士研究員

    2014年4月 - 2016年3月

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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年4月 - 2015年3月

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  • 日本学術振興会   特別研究員(DC1)

    2011年4月 - 2014年3月

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所属学協会

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委員歴

  • 公益社団法人 電気化学会   代議員  

    2026年3月 - 現在   

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  • 公益社団法人 電気化学会   編集委員  

    2025年3月 - 現在   

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    団体区分：学協会

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  • 公益社団法人 電気化学会 関東支部   幹事  

    2025年1月 - 現在   

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    団体区分：学協会

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  • 第44回HESS(水素エネルギー協会)大会   実行委員  

    2024年3月 - 現在   

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  • 公益社団法人 化学工学会 関東支部   若手の会 幹事  

    2024年3月 - 現在   

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    団体区分：学協会

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  • THE 13th INTERNATIONAL CONGRESS ON MEMBRANES AND MEMBRANE PROCESSES   General Affairs Committee, Executive Committee Member  

    2023年3月 - 2023年7月   

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    団体区分：学協会

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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年9月 - 現在   

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    団体区分：学協会

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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年9月   

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    団体区分：学協会

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

    2016年7月   

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    団体区分：その他

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

    2016年3月 - 2017年4月   

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    団体区分：その他

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論文

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書籍等出版物

  • 触媒年鑑 触媒技術の動向と展望 2026

    菅原勇貴, 山口猛央（ 担当： 共著 範囲: 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年4月 

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    総ページ数：408   担当ページ：124-133   記述言語：日本語   著書種別：学術書

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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（ 担当： 分担執筆 範囲: 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年10月  （ ISBN:9784865022582 ）

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  • 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（ 担当： 分担執筆 範囲: 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年6月  （ ISBN:9784910581408 ）

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  • 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（ 担当： 分担執筆 範囲: 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年7月  （ ISBN:9784861048548 ）

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    総ページ数：500p   記述言語：日本語  

    CiNii Books

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  • Smart Membranes

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

    2019年4月  （ ISBN:9781788012430 ）

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    担当ページ：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（ 範囲: 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年12月  （ ISBN:9784860435356 ）

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    担当ページ：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) 招待

    菅原勇貴

    化学工学   89 ( 10 )   57 - 58   2025年10月

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    担当区分：筆頭著者,　責任著者   記述言語：日本語   掲載種別：記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）  

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  • 1．データ科学による高性能水電解用触媒の設計

    菅原 勇貴

    電気化学   93 ( 1 )   5 - 8   2025年3月

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    記述言語：日本語   出版者・発行元：公益社団法人 電気化学会  

    DOI： 10.5796/denkikagaku.25-fe0104

    CiNii Research

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  • ニッケルリン酸化物を用いたアニオン交換膜型水電解用卑金属アノード触媒層の開発

    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年

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  • 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年

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  • 機械学習による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

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

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  • 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年

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  • 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年

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  • 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年

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  • 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年

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  • 鉄近傍の原子配置に基づく鉄系リン酸化物型酸素発生反応用触媒の設計開発

    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年

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  • アンチファウリング膜設計に向けたQCMセンサー表面改質と吸着挙動解析

    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年

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  • 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年

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  • 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年

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  • 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年

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  • 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年

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  • 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年

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  • 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年

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  • 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年

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  • 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年

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  • 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年

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  • 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年

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  • 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年

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講演・口頭発表等

  • データ駆動型研究を取り入れた材料開発の取り組み 招待

    菅原勇貴

    第20回データ駆動型AIセミナー  2024年6月 

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    開催年月日： 2024年6月

    記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（招待・特別）  

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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 招待

    菅原勇貴

    第31回燃料電池シンポジウム  2024年5月 

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    開催年月日： 2024年5月

    記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（招待・特別）  

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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 招待

    菅原勇貴

    電気化学会第165回燃料電池研究会セミナー  2024年12月 

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    記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（招待・特別）  

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

    Yuuki Sugawara

    247th ECS Meeting  2025年5月 

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    記述言語：英語   会議種別：口頭発表（招待・特別）  

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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 招待

    菅原勇貴

    水素エネルギー協会第178回定例研究会  2026年2月  水素エネルギー協会

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    記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（招待・特別）  

    開催地：オンライン   国名：日本国  

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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 招待

    菅原勇貴

    第7回アライアンス若手研究交流会  2019年11月 

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    会議種別：口頭発表（招待・特別）  

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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 招待

    菅原勇貴

    2021年度アライアンス合同ウェブ分科会  2022年2月 

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    会議種別：口頭発表（招待・特別）  

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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 招待

    菅原勇貴

    材料化学システム工学討論会2022  2022年9月 

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    会議種別：口頭発表（招待・特別）  

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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 招待

    菅原勇貴

    化学工学会 2022 新潟大会  2022年11月 

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    会議種別：口頭発表（招待・特別）  

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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 招待

    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年1月 

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    会議種別：口頭発表（招待・特別）  

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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 招待

    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年3月 

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    会議種別：口頭発表（招待・特別）  

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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 招待

    菅原勇貴

    第30回燃料電池シンポジウム  2023年5月 

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    会議種別：口頭発表（招待・特別）  

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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 招待

    菅原勇貴

    理研セミナー  2014年2月 

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    会議種別：口頭発表（招待・特別）  

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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 招待

    菅原勇貴

    第26回反好会講演会  2024年3月 

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    記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（招待・特別）  

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受賞

  • 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年4月   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年6月   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年5月   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年2月   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年12月   Macromolecular Chemistry and Physics, Wiley-VCH  

    Yuuki Sugawara

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  • SIS部会研究奨励賞

    2023年9月   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年1月   東京工業大学  

    菅原 勇貴

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  • 学生賞(金賞)

    2012年8月   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年12月   東京工業大学  

    菅原 勇貴

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  • The Best Student Poster Award

    2009年7月   アジア膜学会 (AMS-5)  

    菅原 勇貴

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  • 学生賞

    2009年5月   日本膜学会  

    菅原 勇貴

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 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

    研究課題/領域番号：25K08375  2025年4月 - 2028年3月

    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

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    配分額：4680000円 （ 直接経費：3600000円 、 間接経費：1080000円 ）

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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年7月 - 2025年3月

    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 

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  • 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年10月 - 2028年3月

    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

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    担当区分：研究分担者 

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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年9月 - 2024年3月

    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 

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  • 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年6月 - 2025年3月

    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 

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    担当区分：研究分担者 

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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

    研究課題/領域番号：2022Y001  2022年5月 - 2024年3月

    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 

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    担当区分：研究代表者 

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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

    研究課題/領域番号：20218003  2021年10月 - 2022年3月

    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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    担当区分：研究分担者 

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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年6月 - 2023年3月

    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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    担当区分：研究分担者 

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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

    研究課題/領域番号：21H01686  2021年4月 - 2025年3月

    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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    配分額：17160000円 （ 直接経費：13200000円 、 間接経費：3960000円 ）

    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

    研究課題/領域番号：23K21055  2021年4月 - 2025年3月

    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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    配分額：17160000円 （ 直接経費：13200000円 、 間接経費：3960000円 ）

    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年11月 - 2023年3月

    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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    担当区分：連携研究者 

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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

    研究課題/領域番号：20208001  2020年10月 - 2021年3月

    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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    担当区分：研究分担者 

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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年9月 - 2025年3月

    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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    担当区分：研究分担者 

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  • 機械学習に基づくアルカリ水電解用酸化物触媒の設計と高耐久水電解セルシステムの構築

    研究課題/領域番号：20K15087  2020年4月 - 2023年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 若手研究  若手研究

    菅原 勇貴

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    配分額：4160000円 （ 直接経費：3200000円 、 間接経費：960000円 ）

    令和３年度は、令和２年度に実施した機械学習とDFT計算により得られた知見により高活性な卑金属触媒の開発、および触媒と結晶構造の間に眠る未知の法則の解明に取り組んだ。
    まず水電解アノードの酸素発生反応(OER)用触媒の結晶構造の制御による高活性化を目指した。大きな金属－金属配位数から高いOER活性が期待されるレイヤー型コバルト－マンガン複合酸化物をグラフェン担体上で直接成長させ微粒子化することで、既報の遷移金属二元酸化物の中で最高の触媒活性を発揮させた。(Chem. Commun., 57, 9052-9055, 2021. Inside Back Coverに採用)
    次に、安価な卑金属である鉄に着目し、鉄系酸化物のOER活性を決定する結晶構造の因子の解明を行った。実験および機械学習による回帰分析の結果、構造パラメータのうちFe-O結合長がOER活性に対する最重要因子であることを見出し、Fe-O結合長が短いほどOER活性が向上するという、OER活性に関する未知の法則を発見した。またこの法則は触媒材料の元素組成と鉄の価数に無関係であることを明らかにした。さらに、当法則は、Perovskite, Spinel, Brownmillerite, Stuffed Tridymite, M-type Hexaferrite, Ruddlesden-Popper型を含む多様な構造カテゴリーの鉄系複合酸化物に適用可能であることも示した。(ChemElectroChem, 9, e202101679, 2022. Front Coverに採用、Cover Profileで紹介)
    以上のように、Fe-O結合長というバルクの結晶構造のパラメータによって触媒粒子表面で進行する反応の活性を記述可能であることを明らかにし、水電解電極反応の触媒作用に関する新規な法則を提案した。

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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年11月 - 2020年3月

    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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    担当区分：研究代表者 

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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年11月 - 2020年3月

    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年10月 - 2023年3月

    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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  • 蛍光を利用した分子認識ゲート膜の高感度化およびアウトプットの可視化

    研究課題/領域番号：18K14041  2018年4月 - 2020年3月

    日本学術振興会  若手研究  若手研究

    菅原 勇貴

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    担当区分：研究代表者  資金種別：競争的資金

    シクロデキストリン(CD)を側鎖に有する感温性ポリマーに蛍光色素分子であるベンゾキサジアゾール(BD)を共重合することで、これまで知られていた分子認識による凝集温度のシフトではなく、ポリマー鎖の凝集抑制という新奇な現象を見出した。計算化学的解析により、CD内部へのBDの包接で架橋構造が形成したために当現象が発現したと推察された。さらに蛍光色素の認識を駆動力とする当現象を膜型センシング材料へと展開した。膜細孔内に2本鎖DNAを側鎖に有する感温性ポリマーを固定化し、DNAの塩基対間に蛍光色素を挿入しDNAの分子間反発を切り替えることで、膜細孔の開閉を誘起することに成功した。

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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年4月 - 2021年3月

    JST  CREST 

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    担当区分：研究分担者 

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  • ペプチドアプタマーを用いた分子認識診断膜およびシステムの設計・開発

    研究課題/領域番号：15H02315  2015年4月 - 2019年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(A)  基盤研究(A)

    山口 猛央, 大橋 秀伯, 大柴 雄平, 田巻 孝敬, 菅原 勇貴

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    配分額：44070000円 （ 直接経費：33900000円 、 間接経費：10170000円 ）

    本研究は、生体システムの精緻で高度な制御機構から発想して、多孔質膜細孔内を反応場として有効利用した、新しい簡易医療診断用機能膜システムを設計・開発した。本課題で開発したプラズマグラフト重合法により作製した膜型センサは、膜細孔内に標的タンパク質を認識するセンサー部位を、高密度かつ均一に有していることを示した。反応場である膜細孔内に、対流により積極的に標的タンパク質溶液を透過させることで、この膜型センサは、高い感度及び選択性を有するにもかかわらず、測定時間を従来の検出技術よりも大幅に短縮することに成功した。

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  • 新規な光誘起クリック反応の開発

    2014年4月 - 2015年3月

    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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    担当区分：研究代表者  資金種別：競争的資金

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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年4月 - 2014年3月

    日本学術振興会  特別研究員奨励費(DC1) 

    菅原 勇貴

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    担当区分：研究代表者  資金種別：競争的資金

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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

    研究課題/領域番号：11J09545  2011年 - 2013年

    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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    配分額：1900000円 （ 直接経費：1900000円 ）

    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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担当経験のある科目（授業）

  • エネルギー化学概論

    2026年4月 - 現在 機関名：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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    科目区分：大学院専門科目  国名：日本国

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  • 化学応用EP基礎実験

    2026年4月 - 現在 機関名：横浜国立大学 理工学部 化学・生命系学科

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    科目区分：学部専門科目  国名：日本国

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  • 応用化学実験第二

    2024年10月 - 現在 機関名：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年4月 - 2024年9月 機関名：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年4月 - 2023年3月 機関名：東京工業大学 物質理工学院 応用化学系

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社会貢献活動

  • 玉社生に告ぐ

    役割：講師

    攻玉社高等学校  2018年6月

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    種別：講演会

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メディア報道

  • 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 新聞・雑誌

    化学工業日報  朝刊3面  2024年6月

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    執筆者：本人 

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  • 安価・高活性な水電解正極 新聞・雑誌

    化学工業日報  朝刊3面  2021年4月

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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 インターネットメディア

    東工大ニュース  2021年3月

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    執筆者：本人 

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  • 鉄とカルシウム CO2削減の『切り札』に 新聞・雑誌

    産経ニュース  2021年3月

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  • Dethroning electrocatalysts for hydrogen production with inexpensive alternative material インターネットメディア

    Chem Europe  2021年3月

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  • Dethroning Electrocatalysts for Hydrogen Production with Inexpensive Alternative Material インターネットメディア

    Mirage News  2021年3月

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  • Scientists Find Remarkable Electrocatalyst Candidate for Cost-Effective Water Splitting インターネットメディア

    Azom.com  2021年3月

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  • Dethroning Electrocatalysts for Hydrogen Production with Inexpensive Alternative Material インターネットメディア

    Nanotechnology Now  2021年3月

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

    Green Car Congress  2021年3月

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  • 水の電解触媒 価格３万分の１ 新聞・雑誌

    日経産業新聞  6面  2021年3月

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  • Dethroning electrocatalysts for hydrogen production with inexpensive alternative material インターネットメディア

    Phys. org  2021年3月

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    執筆者：本人以外 

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  • Dethroning electrocatalysts for hydrogen production with inexpensive alternative material インターネットメディア

    Eurekalert!  2021年3月

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  • Dethroning electrocatalysts for hydrogen production with inexpensive alternative material インターネットメディア

    Bioengineer.org  2021年3月

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  • Dethroning electrocatalysts for hydrogen production with inexpensive alternative material インターネットメディア

    ScienMag  2021年3月

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  • Dethroning electrocatalysts for hydrogen production with inexpensive alternative material インターネットメディア

    Science Daily  2021年3月

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  • 東工大・物材機構、水電解の安価な触媒開発 新聞・雑誌

    日刊工業新聞電子版  2021年3月

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    執筆者：本人以外 

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  • 水電解の安価な触媒 新聞・雑誌

    日刊工業新聞  朝刊19面  2021年3月

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  • 水の電気分解用、安価な触媒開発 新聞・雑誌

    日本経済新聞電子版  2021年3月

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  • 水の電気分解用、安価な触媒開発 新聞・雑誌

    日本経済新聞  朝刊11面  2021年3月

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  • Fullerene-containing networks via light induced crosslinking インターネットメディア

    Atlas of Science  Atlas of Science  2017年3月

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