教員インタビュー　中山 哲 教授

理論化学・計算分子工学による分子設計、材料設計、反応設計

　持続可能な環境調和型社会構築に向けて、「環境、エネルギー、安全、医療」に関わる課題解決の重要性がますます高まっており、個々の学問領域を超えて知識を体系化し、俯瞰的な立場からの問題解決への具体的な方針提示が求められています。そのためには、広い専門知識に加えて、種々なスキルも身につけなければなりません。

　我々の研究室では、理論化学・計算化学的手法を駆使することで、主に環境・エネルギーの諸問題解決に向けて、分子レベルでの理解と制御を通しての分子設計、材料・デバイス設計、反応設計を目指しています。電子状態理論、反応動力学理論、統計力学理論などの基礎科学分野における方程式を出発点として、出来るだけ現実に即した化学モデルまたはコンピューター上で扱える数理モデルに落とし込み、最先端のスーパーコンピューターを活用することで、複雑かつ多階層の分子・物質系の構造や機能の予測、そして反応シミュレーションを行っています。また、このようなボトムアップアプローチに加え、計算や実験で蓄積されたビッグデータを活用し、最新の情報理論や機械学習手法による材料・デバイスの機能予測や高速スクリーニング、さらには求める機能を引き出すために必要な構造や組成を予測する逆方向からのアプローチも取り入れ、演繹と帰納を相補的に利用したシミュレーション基盤技術の確立を目指しています。具体的な研究対象としては、分子・固体触媒の構造と反応機構解析、光機能性材料や電極デバイス、エネルギー変換材料など、電子状態計算によるミクロの世界からメゾスケールまでを対象としています。

　未来型の材料・デバイス開発においては、所望の構造や機能はより一層複雑になり、多階層にわたるマルチスケール・シミュレーションを実践する必要があります。計算分子工学は、日進月歩で発展するコンピューターを最大限に活用するためのシミュレーション技術やデータ処理技術、プログラミング技術などの最新のスキルを身に付けつつ、基礎科学に基づく深い洞察力による化学的センスとシステム的思考を生かせる研究分野だと考えています。

　また、課題解決のためには、チームを組んで取り組むことも必要であり、学科・専攻内を含む実験研究グループとの共同研究も積極的に行っており、円滑なコミュニケーションを実践するための多角的かつ俯瞰的な視点を養うことができます。

　「化学システム工学」は基礎科学に興味のある学生でも、社会課題への解決に興味のある学生でも、またはどちらにも興味ある学生にも受容性のある学問領域です。一緒に研究できることを心待ちにしています。