上智大学 理工学部 物質生命理工学科 教員紹介｜陸川政弘特任教授の機能性高分子と燃料電池研究

こんにちは！KOSSUN教育ラボ教務担当（上智大学推薦入試サポート）です。

今回のテーマは、

「上智大学 理工学部 物質生命理工学科の陸川政弘特任教授と、機能性高分子を活用した燃料電池・クリーンエネルギーの研究」です。

高校の化学で「高分子」を学ぶと、プラスチックや合成繊維などを思い浮かべる人が多いかもしれません。しかし、高分子の構造を工夫することで、電気やイオンを運ぶ材料など、さまざまな機能を持たせることができます。今回は、そんな高分子の可能性をエネルギーや医用材料などへ広げている陸川政弘特任教授の研究を紹介します。

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陸川政弘特任教授はどのような研究者？

陸川政弘特任教授は、上智大学 理工学部 物質生命理工学科に所属し、「機能性高分子材料の合成とクリーンエネルギーシステム」を主な研究テーマとしています。上智大学の公式情報では、高分子、高分子電解質、燃料電池、導電性高分子、水素、太陽電池、フタロシアニンなどが研究キーワードとして挙げられています。

工学士、工学修士、博士（工学）の学位はいずれも上智大学で取得しています。現在の公式教員紹介では特任教授として掲載され、機能性高分子を基盤として、材料の合成から機能の評価、応用までを一貫して考える研究に取り組んでいます。

研究対象は燃料電池だけではありません。公式情報では、導電性高分子、高分子超薄膜、高分子電解質、フタロシアニン化合物、生分解性高分子を利用した人工骨材料など、幅広い研究テーマが紹介されています。高分子化学という一つの専門分野から、エネルギー、生体・医用、電子・光といった異なる領域へ研究が広がっていることが特徴です。

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そもそも「機能性高分子」とは？

高分子とは、多数の原子からなる分子がさらに長くつながった大きな分子です。私たちの身近なプラスチックも高分子の一種ですが、高分子は単なる容器や包装の材料ではありません。

上智大学の研究紹介では、高分子の構造を工夫したり、別の物質と組み合わせたりすることで、強い吸水性を持たせたり、電気を通す性質を持たせたりできることが説明されています。

ここで大切なのは「どんな材料を作るか」だけではなく、「分子の構造をどう変えると、なぜ性質が変わるのか」という問いです。高校の化学で学ぶ共有結合、分子構造、有機化合物、イオンといった知識が、大学では材料の性能を分子レベルから設計するための基礎へ発展していきます。

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燃料電池を支える「膜」を研究する

陸川特任教授の主要な研究テーマの一つが、高分子電解質形燃料電池です。

燃料電池は、水素と酸素の化学反応を利用して電気エネルギーを取り出す仕組みです。その内部では、水素から生じたイオンなどを適切に移動させながら反応を進める必要があり、その重要な役割を担う材料の一つが「高分子電解質膜」です。

上智大学の研究紹介では、陸川特任教授が高分子電解質形燃料電池の電解質材料となる機能性高分子を研究し、材料の設計から応用まで取り組んでいることが紹介されています。特に大型車への搭載も視野に入れ、高温・低湿度の条件でも機能する材料を目指した研究が進められてきました。

燃料電池は利用時の仕組みだけを見れば魅力的な技術ですが、水素をどのようにつくるのか、運搬・貯蔵をどうするのか、材料の耐久性やコストをどう考えるのかなど、社会で広く利用するためには複数の課題があります。だからこそ、材料科学から一つひとつの課題を検証する基礎研究が重要になります。

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太陽光から水素をつくる研究にもつながる

上智大学の公式情報では、陸川特任教授は高分子電解質形燃料電池だけでなく、太陽光エネルギーを利用した水素製造に関する研究にも取り組んでいることが紹介されています。

燃料電池で水素から電気を得ることを考えるだけでなく、その水素をどのようなエネルギーによって生み出すのかまで視野に入れることで、エネルギーシステムをより広い範囲から考えることができます。

高校では、化学反応、酸化還元、電池、エネルギーなどをそれぞれの単元として学びます。しかし大学の研究では、それらを組み合わせ、「どのような材料ならエネルギー変換をより効率的に行えるのか」といった問いへ発展させていきます。

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人工骨にも高分子が使える？

陸川特任教授の研究の面白さは、高分子という共通の基礎から、エネルギーとは異なる領域にも研究が広がっている点です。

公式教員紹介では、生分解性高分子材料を用いた人工骨材料の研究も挙げられています。「生分解性」とは、一定の条件のもとで分解される性質を指します。こうした材料を生体・医用分野でどのように利用できるかを考える研究です。

ここから分かるのは、物質生命理工学が「化学だけ」「生物だけ」と明確に区切れる学問ではないということです。物質の構造や性質を理解し、その機能を生命やエネルギーなどの課題へつなげていくところに、上智大学 理工学部 物質生命理工学科で学ぶ面白さの一つがあります。

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「超分子から、超組織体そして超構造体へ」

陸川特任教授の研究紹介では、「超分子から、超組織体そして超構造体へ。」という言葉が掲げられています。

小さな分子を設計し、それらを組み合わせることで、より大きな構造や新しい機能を生み出していくという研究の考え方です。たとえば燃料電池の場合も、最終的には自動車などで使われる大きなシステムですが、その性能を支えているのは分子レベルで設計された材料です。

高校生の段階では、製品を見ると「燃料電池車」「太陽電池」といった完成した技術に目が向きがちです。しかし大学では、「その内部ではどんな物質が働いているのか」「材料の構造を変えると性能はどう変化するのか」と、より小さなスケールへ視点を移して考えていきます。

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高校の化学から大学の材料研究へ

陸川特任教授の研究に興味を持った人は、高校の化学を暗記科目として見るのではなく、身近な技術と結びつけて考えてみましょう。

たとえば電池を学んだときに、「電池内部のイオンはどのように移動しているのだろう」と考えてみる。高分子を学んだときに、「分子のつながり方を変えると、材料の性質はどこまで変えられるのだろう」と疑問を持ってみる。水素についてニュースで見たときには、「水素を利用する技術だけでなく、つくる過程まで考える必要があるのではないか」と調べてみることもできます。

こうした疑問は、大学での研究につながる小さな入口になります。最初から専門的な知識を持っている必要はありません。「なぜだろう」と思ったことを調べ、別の疑問へ発展させていくことが大切です。

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推薦入試に向けて研究内容をどう生かす？

上智大学 理工学部 物質生命理工学科の推薦入試を考えている人は、教員の研究テーマを単に覚えるのではなく、自分自身の興味との接点を探してみてください。

たとえば「環境問題に興味があるので燃料電池を研究したい」だけでは、まだ大きなテーマです。「燃料電池について調べる中で、性能を左右する高分子電解質膜の存在を知った。高校化学で学んだ高分子の構造と材料の性能がどのようにつながっているのか知りたい」と掘り下げれば、自分が大学で学びたいことが少しずつ具体的になります。

探究活動や科学部などの特別な実績がなければ考えられないテーマではありません。授業、ニュース、身近な製品などをきっかけに、「何が気になったのか」「自分で何を調べたのか」「調べても分からなかったことは何か」を整理することから始められます。

陸川特任教授の研究を入口に、高校で学んでいる化学が、材料、エネルギー、生体・医用分野へどのように広がっていくのか調べてみてください。そして、自分なら物質のどのような性質に注目してみたいのか考えてみると、上智大学 理工学部 物質生命理工学科で学びたい理由もより具体的になっていくでしょう。

もし一人で整理するのが難しいと感じたら、KOSSUN教育ラボの無料個別相談も活用してみてください。

※本記事は、記事作成時点で上智大学公式サイト等に掲載されている情報を確認したうえで作成しています。入試制度、出願資格、試験内容、日程、カリキュラム、教員の所属・研究分野などは変更される場合があります。受験を検討している方は、必ず上智大学公式サイトおよび対象年度の最新の入学試験要項をご自身で確認してください。

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※この記事は専門家による監修のもと執筆されています。