Outline of the Research / 研究の全体像

Chemical reactions at interfaces are crucial in a wide range of applications, including heterogeneous catalysis, electrochemistry, semiconductors, and adhesion. However, their elementary processes often remain poorly understood. Since these reactions frequently occur under high-temperature and high-pressure conditions, the interfacial structures and chemical states dynamically change during reactions, making their direct observation essential. In this research project, we aim to realize a "Digital Twin for Interfacial Reactions" that can elucidate complex interfacial reactions at the atomic level, through close collaboration between theoretical groups conducting multi-scale simulations and experimental groups focusing on operando measurements. This digital twin approach will be applied to address globally significant and urgent challenges, such as global warming. Through this research, we seek to achieve unprecedented precision and efficiency in understanding and predicting interfacial reactions, ultimately enabling the proposal of more desirable interfacial processes.

界⾯における化学反応は不均⼀触媒や電気化学、半導体、接着など多くの応⽤分野で重要であるが、その素過程は未解明であることが多い。反応はしばしば⾼温、⾼圧の条件下で⾏われるため、反応中の界⾯の構造や化学的状態は常に動的に変化し、それらを直接観測することが重要である。本研究課題では、多階層連結計算による理論グループとオペランド計測を中⼼とした実験グループが緊密に協⼒することにより、複雑な界⾯における反応を原⼦レベルから解明する界⾯反応デジタルツインを実現し、地球温暖化などグローバルに重要で喫緊に取り組む必要性のある課題に応⽤する。本研究により、界⾯反応をこれまでになく⾼精度かつ⾼効率に解明・予測し、より望ましい界⾯反応を提案することが可能になる。