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加藤　優 (カトウ　マサル)

地球環境科学研究院　物質機能科学部門　分子材料化学分野准教授

研究者基本情報

■ 学位
  • 博士(理学), 埼玉大学
■ URL
researchmap URLホームページURL■ ID 各種
ORCID IDJ-Global ID■ 研究キーワード・分野
研究キーワード
  • 表面増強赤外吸収分光法
  • 金属酵素
  • タンパク質フィルム電気化学
  • 電気化学
  • 電極触媒
研究分野
  • ナノテク・材料, 無機・錯体化学
■ 担当教育組織

研究活動情報

■ 受賞
  • 2024年09月, 先端錯体工学研究会, 先端錯体工学研究会奨励賞
    金属酵素に学ぶ貴金属フリー電極触媒開発
    加藤優
  • 2023年01月, 令和４年度燃料電池開発情報センター(FCDIC) 奨励賞
    金属酵素に学ぶ電極触媒の役割と開発
    加藤優
  • 2022年09月, 2022年度 日本表面真空学会 会誌賞
    加藤優;八木一三
  • 2020年11月, 日本化学会北海道支部奨励賞
    触媒–電極接合界面の設計と高活性電極触媒開発
    加藤優
  • 2018年02月, Symposium on Nanomaterials for Environmental Purification and Energy Conversion (SNEPEC), Best Poster Award
    Incorporation of multinuclear copper active sites into nitrogen-doped carbon for electrochemical oxygen reduction
    加藤 優
  • 2017年10月, International Symposium on Novel Energy Nanomaterials, Catalysts and Surfaces for Future Earth (NENCS) –Material Research, Characterization and Imaging by in situ/Operando XAFS and X-ray Techniques–, NENCS Poster Award (General)
    Efficient Electrochemical Oxygen Reduction Catalyzed at Multinuclear Copper Active Sites Incorporated in Nitrogen-Doped Carbon Nanosheets
    加藤 優
  • 2016年05月, 公益社団法人日本表面科学会, 第35回表面科学学術講演会講演奨励賞(新進研究者部門)
    カーボン担持銅二核錯体からなる酸素還元電極触媒のin situ XAFS観察
    加藤 優
■ 論文
■ その他活動・業績
■ 書籍等出版物
  • Encyclopedia of Solid-Liquid Interfaces
    Bio-inspired Cu,Fe-codoped carbon electrocatalysts for oxygen reduction reaction
    Elsevier, 2024年, 9780323856706, ［分担執筆］
  • ヘムタンパク質の科学 : 生理機能の理解とその展開に向けて
    城, 宜嗣; 青野, 重利; 齋藤, 正男, 第5章 測定解析技術 第6節 ヘムタンパク質の電気化学
    エヌ・ティー・エス, 2022年05月, 9784860437787, 2, 8, 413, 8p, 図版34p, 日本語, ［分担執筆］
■ 講演・口頭発表等
  • Development of Noble Metal-Free Electrocatalysts Inspired by Metalloenzymes
    Masaru Kato
    The 29th International SPACC Symposium, 2024年09月05日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］
  • Protein film electrochemistry and vibrational spectroscopy of metalloenzymes
    Masaru Kato
    Japan-Korea-Taiwan Bioinorganic Chemistry Symposium 2024, 2024年07月17日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］
  • タンパク質フィルム電気化学から人工電極触媒開発への展開
    加藤優
    第132回触媒討論会, 2023年09月13日, 日本語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］
  • 電極触媒におけるその場X線吸収分光計測
    加藤優
    第1回先端放射光活用研究会「放射光を用いた触媒キャラクタリゼーションの現在と未来」, 2023年07月22日, 日本語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］
  • 金属酵素に学ぶ電極触媒の設計と開発
    加藤優
    FCDIC第30回燃料電池シンポジウム, 2023年05月25日, 日本語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］
  • Development of Pt alloy and Pt-free electrocatalysts for polymer electrolyte fuel cells
    International Conference on Sustainable Energy Materials, 2023 Sapporo, 2023年04月10日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］
  • 金属酵素に学ぶ電極触媒開発
    加藤優
    第5回日本表面・真空学会若手部会研究会, 2022年11月10日, 日本語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］
  • 膜貫通型金属酵素の電気化学と振動分光計測
    2022年電気化学秋大会, 2022年09月09日, 日本語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］
  • 金属酵素に学ぶ電極触媒の設計と開発
    第29回FCDIC燃料電池シンポジウム, 2022年05月27日, 日本語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］
  • Pt–Ni合金ナノ構造体の酸素還元活性に対する担体効果
    加藤優
    第124回触媒討論会, 2019年09月18日, 日本語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］
  • Electrochemical Oxygen Reduction Catalyzed at Pt–Ni Nanostructured Electrocatalysts Immobilized on Nitrogen-Doped Carbon Supports
    Masaru Kato
    The 235th Meeting of the Electrochemical Society, 2019年05月28日, 日本語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］
  • Oxygen Reduction Electrocatalysts Inspired by Multinuclear Metal Complex Active Sites of Metalloenzymes
    Masaru Kato
    Bangladesh Chemical Congress 2018 (BCC 2018), 2018年10月17日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］
  • Incorporation of Multinuclear Copper Active Sites into Nitrogen-Doped Graphene for Electrochemical Oxygen Reduction
    3rd International Symposium of Quantum Beam Science at Ibaraki University, 2018年05月31日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］
  • Bio-inspired Multinuclear Catalytic Active Sites Incorporated in Nitrogen-Doped Carbon for Oxygen Reduction Reaction
    Masaru Kato
    International Symposium on Pure & Applied Chemistry (ISPAC) 2017, 2017年06月10日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］
  • 金属酵素に学ぶ電極触媒開発
    加藤優
    錯体化学若手の会北海道支部勉強会, 2015年11月27日, 日本語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］
  • Multinuclear copper-based electrocatalysts for oxygen reduction reaction
    Masaru Kato
    Graduate Seminar, Department of Chemical Engineering, National Cheng Kung University, 2015年10月02日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
  • 水の酸化反応を触媒する光合成タンパク質、光化学系II複合体の光電気化学
    第21回若手研究者交流会, 2015年06月28日, 日本語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］
  • Deprotonation of a multi-nuclear copper complex for high oxygen reduction reaction activity investigated by in situ X-ray absorption fine structure spectroscopy
    Masaru Kato
    227th Meeting of the Electrochemical Society, 2015年05月27日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］
  • Protein film photoelectrochemistry of Photosystem II
    8th International Symposium on Nanomedicine (ISNM2014), 2014年12月04日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］
  • 可視光照射下での水の光分解を目指した光合成酵素電極による酸素発生とコバルト金属錯体触媒による水素発生
    加藤優
    2013年日本化学会中国四国支部大会, 2013年11月16日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］
■ 主な担当授業
  • ナノ環境材料化学特論Ⅲ, 2024年, 修士課程, 環境科学院
  • 化学Ⅰ, 2024年, 学士課程, 全学教育
■ 共同研究・競争的資金等の研究課題
  • 活性サイトの配位構造平面規制による窒素循環電極触媒の開発
    科学研究費助成事業
    2026年06月26日 - 2028年03月31日
    加藤 優
    日本学術振興会, 挑戦的研究(萌芽), 北海道大学, 26K22867
  • 電極支持生体膜反応場を用いたタンパク質間相互作用の理解とカスケード反応への展開
    科学研究費助成事業 基盤研究(C)
    2021年04月01日 - 2024年03月31日
    加藤 優
    膜タンパク質は細胞膜を構成する脂質分子や他の可溶性タンパク質等と相互作用や電子移動することで，細胞膜を介したシグナル伝達やエネルギー生産といったタンパク質機能を発現することが知られている．膜タンパク質-脂質間やタンパク質-タンパク質間相互作用といった比較的弱い相互作用を膜タンパク質が機能している状態で直接観察することができれば，生体内反応の理解，医薬品やバイオセンサー開発等の促進が期待できる．
    本研究では，膜タンパク質-脂質間やタンパク質-タンパク質間相互作用と酵素活性相関の理解を可能とする，人工生体膜固定化電極の構築を目指す．特に膜タンパク質の中でも生体内電子移動や酵素反応において重要であるヘムを含む膜貫通型金属酵素に着目する．2021年度では，ミトコンドリア内部で酸素を水へ還元する金属酵素であるチトクロムc酸化酵素の固定化電極を作製し，タンパク質の電極表面配向やリン脂質の種類の違いによる膜タンパク質-脂質間やタンパク質-タンパク質間相互作用，酵素活性への影響を調べた．酵素活性は電気化学測定により，人工脂質二分子膜形成やタンパク質間相互作用は表面敏感な分光手法である表面増強赤外吸収(SEIRA)分光測定により調べた．
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 21K05124
  • 電解をコアテクノロジーとした集積化可能なパーソナルグリッド(PG)の実現に関する調査研究
    ムーンショット型研究開発事業 新たな目標検討のためのビジョン策定（ミレニア・プログラム）
    2021年01月 - 2021年06月
    長澤 兼作; 才田隆広; 加藤優; 滝本大裕; 八木裕之; 山口清
    国立研究開発法人科学技術振興機構
  • 表面分光酵素電気化学による金属酵素-電極界面の理解
    科学研究費助成事業 若手研究(B)
    2016年04月 - 2019年03月
    加藤 優
    膜貫通型金属酵素の多くが高い触媒活性を示すことが知られているが，一般的に容易に失活することからそれらの電気化学活性評価および表面増強赤外吸収(SEIRA)分光計測の研究例は限られていた．本研究を通して，膜結合型金属酵素の一つである一酸化窒素還元酵素(NOR)を失活することなく電極表面に固定化する方法を確立することができ，更には，NOR電極の電位制御下でのSEIRA分光計測を実施することで，酵素反応機構に関する知見を得ることができた．本研究で用いた表面分光酵素電気化学は他の金属酵素へも適用可能であり，金属酵素の動作原理の解明や高活性な人工電極触媒開発における設計指針を与えてくれると期待している．
    日本学術振興会, 若手研究(B), 北海道大学, 16K20882
  • 酸化還元誘起結合異性錯体の設計、合成、および分子間光電子移動反応
    科学研究費助成事業 特別研究員奨励費
    2009年 - 2010年
    加藤 優
    ベンゾトリアゾール(Hbt)は配位可能な窒素原子を二つ有する両座配位子である.過去に酸化還元誘起結合異性を示すルテニウム錯体が合成されていて,Ru^の状態ではHbtが2位の窒素(N(2))で中心金属イオンに配位しているが,中心金属イオンを酸化してRu^の状態にするとHbtが3位の窒素(N(3))で配位することが知られている.そこで,Hbtを両座配位子とし,補助配位子として光受容性配位子である2,2':6',2''-terpyridine (tpy)や2,2'-bipyridine誘導体を有するルテニウム錯体[Ru^(Hbt) L (tpy)](CF_3SO_3)_2(Lは4,4'位をH,Me,OMe,tBu,Phで置換された2,2'-bipyridine誘導体)を合成し,溶液内酸化還元挙動をサイクリックボルタンメトリー測定により検討を行った.しかしながら酸化還元誘起結合異性に由来するようなピークを観測することはできず酸化還元誘起結合異性挙動が見られなかった.そこで,代替化合物として過去に我々が報告している酸化還元誘起結合異性を示す錯体[Ru(NH_3)_5(mi-S)]^(mi=2-methylisothiazol-3(2H)-One ; n=3 or 2),光増感剤ルテニウム錯体[Ru^(bpy)_3]Cl_2,そしてmethylviologen (MV)を用い,三元系分子間光電子移動反応による酸化還元結合異性を誘起するシステムの構築を目指した.その過程でRu^の状態miが硫黄で,Ru^では酸素で配位した錯体をそれぞれ合成単離し,単結晶X線構造解析によって構造を決定した。このように酸化還元結合異性体の単離例は極めて少なく,これは予期せぬ大きな成果であった.
    日本学術振興会, 特別研究員奨励費, 埼玉大学, 09J07915