溶液反応系における非平衡局所加熱の直接観測と化学反応制御への基盤研究

• Project Area: Microwave-Excited, High-Temperature Thermally Non-Equilibrium Reaction Fields
• Project/Area Number: 21017001
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 和田 雄二 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (40182985)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 望月 大 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教 (90434315) ; 堀越 智 東京理科大学, 総合研究機構, 准教授 (50424784)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥14,000,000 (Direct Cost: ¥14,000,000); Fiscal Year 2010: ¥7,000,000 (Direct Cost: ¥7,000,000); Fiscal Year 2009: ¥7,000,000 (Direct Cost: ¥7,000,000)
• Keywords: マイクロ波 / 非平衡局所加熱 / 触媒 / 省エネルギー / エネルギー効率化 / 不均一系触媒反応 / 脱塩素化

Research Abstract

マイクロ波は吸収能の違いによって物質を選択的に加熱することができる。中でも固体と液体からなる不均一系では高いマイクロ波吸収性の固体がマイクロ波照射で選択的に加熱され、その表面は周囲の溶媒温度よりも高温になると考えられる。この高温な表面は反応場として機能することが期待できる。そこで本研究では、固体の選択加熱によって形成する高温の表面を利用して特異なナノ構造や反応促進を得ることを目的とした。WO3-TiO2ナノ粒子の合成を検討した。合成方法には金属塩化物とベンジルアルコールによる無水合成法を採用した。得られたサンプルの構造解析を行ったところ、マイクロ波で合成することによってWO3-TiO2ナノ粒子は四角形平板状のWO3ナノ粒子の周囲をTiO2ナノ粒子が不均一に覆った構造を形成した。これはWO3が選択加熱され表面が溶媒よりも高温となり、TiO2のWO3表面における核成長が促進されたためと考えられる。得られたサンプルの光触媒機能について可視光照射下における酢酸光酸化反応によって評価した。マイクロ波加熱で合成したWO3-TiO2ナノ粒子はWO3単独ナノ粒子よりも高い光触媒活性を示した。これはマイクロ波加熱で得られた特異なナノ構造によって励起電子-正孔再結合が抑制されたためと考えられる。

Research Products

• [Journal Article] Nucleation, Growth of Magnetic Ni-Co (Core-Shell) Nanoparticles in a One-Pot Reaction under Microwave Irradiation (2011)
  • Author(s): T.Yamauchi, Y.Tsukahara, K.Yamada, T.Sakata, Y.Wada
  • Journal Title: Chem.Mater Volume: 23 Pages: 75-84
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A novel Dewar-like reactor for maintaining constant heat and enhancing product yields during microwave-assisted organic syntheses (2011)
  • Author(s): S.Horikoshi, A.Osawa, Y.Suttisawat, M.Abe, N.Serpone
  • Journal Title: Org.Process.Res.Dev. Volume: 14 Pages: 1453-1456
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetic Cu-Ni (core-shell) nanoparticles in a one-pot reaction under microwave irradiation (2010)
  • Author(s): T.Yamauchi, Y.Tsukahara, T.Sakata, H.Mori, T.Yanagida, T.Kawai, Y.Wada
  • Journal Title: Nanoscale Volume: 2 Pages: 515-523
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] In Situ Observation of Nonequilibrium Local Heating as an Origin of Special Effect of Microwave on Chemistry (2010)
  • Author(s): Y.Tsukahara, A.Higashi, T.Yamauchi, T.Nakamura, M.Yasuda, A.Baba, Y.Wada
  • Journal Title: J.Phys.Chem.C Volume: 114 Pages: 8965-8970
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Microwaves in Advanced Oxidation Processes for Environmental Applications. (2010)
  • Author(s): N.Serpone, S.Horikoshi, A.V.Emeline
  • Journal Title: J.Photochem.Photobiol.C : Review Volume: 11 Pages: 114-131
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characterization of Microwave Effects on ZnO and TiO2 Semiconductors.Delineating magnetic and electric field effects (2010)
  • Author(s): S.Horikoshi, A.Matsubara, S.Takayama, M.Sato, F.Sakai, M.Kajitani, M.Abe, N.Serpone
  • Journal Title: Appl.Catal.B : Environ. Volume: 91 Pages: 362-367
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Microwave specific effects in organic synthesis.A proposed model from the solvent-free synthesis of monoglycerylcetyldimethyl ammonium chloride. (2010)
  • Author(s): S.Horikoshi, M.Fukui, K.Tsuchiya, M.Abe, N.Serpone
  • Journal Title: Chem.Phys.Lett. Volume: 491 Pages: 244-247
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hydrogen production from Tetralin over microwave-accelerated Pt-supported activated carbon. (2010)
  • Author(s): Y.Suttisawat, S.Horikoshi, H.Sakai, M.Abe
  • Journal Title: J.Hydrogen Energy Volume: 35 Pages: 6179-6183
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Access to small size distributions of nanoparticles by microwave-assisted synthesis.Formation of Ag nanoparticles in aqueous carboxymethylcell ulose solutions in batch and continuous-flow reactors. (2010)
  • Author(s): S.Horikoshi, H.Abe, K.Torigoe, M.Abe, N.Serpone
  • Journal Title: Nanoscale Volume: 2 Pages: 1441-1447
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetic Cu-Ni(core shell)nanoparticles in a one-pot reaction under microwave irradiation (2010)
  • Author(s): Yamauchi, T., Tsukahara, Y., Sakata, T., Mori, H., Yanagida, T., Kawai, T., Wada, Y.
  • Journal Title: Nanoscale 2 Pages: 515-523
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Absorption cross-section control of Eu(III)complexes for increase of amplified spontaneous emission excited by third harmonic of nanosecond Nd : YAG laser (2009)
  • Author(s): Hasegawa, Y., Nakamura, K., Kawai, H., Yasuda, N., Tsukahara, Y., Wada, Y.
  • Journal Title: J.Alloys Compd 488 Pages: 578-581
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Microwave-assisted synthesis of monodisperse nickel nanoparticles using a complex of nickel formate with long-chain amine ligands (2009)
  • Author(s): Yamauchi, T., Tsukahara, Y., Sakamoto, T., Kono, T., Yasuda, M., Baba, A., Wada, Y.
  • Journal Title: Bull.Chem.Soc.Jpn. 82 Pages: 1044-1051
  • NAID: 10025127356
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 色素増感酸化物半導体ナノ粒子を用いた可視光水分解による水素生成反応における溶液中共存種の効果 (2011)
  • Author(s): ZHANCONGHONG, 黄静君, 胡章, 望月大, 米谷真人, 和田雄二
  • Organizer: 日本化学会第91春季年会
  • Place of Presentation: 神奈川
  • Year and Date: 2011-03-26
• [Presentation] 色素増感酸化物半導体ナノ粒子を用いた水分解による水素生成での表面吸着種の効果 (2011)
  • Author(s): 米谷真人, ZHANCONGHONG, 黄静君, 胡 Chi-Chang, 望月大, 和田雄二
  • Organizer: 日本化学会第91春季年会
  • Place of Presentation: 神奈川
  • Year and Date: 2011-03-26
• [Presentation] イリジウム錯体-ゼオライトナノハイブリッドを用いた有機化合物の光還元反応 (2011)
  • Author(s): 徐晨, 望月大, 米谷真人, 和田雄二
  • Organizer: 日本化学会第91春季年会
  • Place of Presentation: 神奈川
  • Year and Date: 2011-03-26
• [Presentation] Milestone社製RotoSYNTHを用いた白金のアルミナへの含浸担持 (2011)
  • Author(s): 長南聡, 水嶋龍司, 中村勝則, 望月大, 米谷真人, 和田雄二
  • Organizer: 日本化学会第91春季年会
  • Place of Presentation: 神奈川
  • Year and Date: 2011-03-26
• [Presentation] 層状シリカ-有機ナノ構造体層間に導入した色素の高圧下での光物性 (2011)
  • Author(s): 望月大, 田村伸一, 米谷真人, 和田雄二
  • Organizer: 日本化学会第91春季年会
  • Place of Presentation: 神奈川
  • Year and Date: 2011-03-26
• [Presentation] 有機修飾層状金属酸化物のチオール-エン反応による交互積層ナノ構造体の合成 (2011)
  • Author(s): 熊谷槙, 望月大, 米谷真人, 和田雄二
  • Organizer: 日本化学会第91春季年会
  • Place of Presentation: 神奈川
  • Year and Date: 2011-03-26
• [Presentation] マイクロ波照射下におけるメタンからベンゼンへの触媒的転換 (2011)
  • Author(s): 君島拓郎, 望月大, 米谷真人, 鈴木榮一, 和田雄二, 間山揚郎, 田島憲司, 藤井知, 野本英朗, 樋口雅一, 井上修治, 竹腰哲人, 河野巧
  • Organizer: 日本化学会第91春季年会
  • Place of Presentation: 神奈川
  • Year and Date: 2011-03-26
• [Presentation] 電場・磁場分離したマイクロ波照射による選択加熱と反応促進 (2011)
  • Author(s): 設楽昌史, 望月大, 米谷真人, 和田雄二
  • Organizer: 日本化学会第91春季年会
  • Place of Presentation: 神奈川
  • Year and Date: 2011-03-26
• [Presentation] スルホン酸修飾金属酸化物を用いた酸触媒反応におけるマイクロ波効果 (2011)
  • Author(s): 松井宏樹, 望月大, 米谷真人, 和田雄二
  • Organizer: 日本化学会第91春季年会
  • Place of Presentation: 神奈川
  • Year and Date: 2011-03-26
• [Presentation] アナターゼ型酸化チタンナノ粒子の結晶面による光誘起電荷移動への影響 (2011)
  • Author(s): 田中恵多, 米谷真人, 望月大, 和田雄二
  • Organizer: 日本化学会第91春季年会
  • Place of Presentation: 神奈川
  • Year and Date: 2011-03-26
• [Presentation] マイクロ波照射下流通系固体触媒反応によるメタノール転換反応 (2011)
  • Author(s): 鯨井寛樹, 望月大, 米谷真人, 鈴木榮一, 和田雄二, 間山揚郎, 田島憲司, 藤井知
  • Organizer: 日本化学会第91春季年会
  • Place of Presentation: 神奈川
  • Year and Date: 2011-03-26
• [Presentation] Preparation of metal nanoparticles under microwave irradiation (2010)
  • Author(s): Yasunori Tsukahara, Tomohisa Yamauchi, Dai Mochizuki, Yuji Wada
  • Organizer: Pacifichem2010
  • Place of Presentation: Hawaii
  • Year and Date: 2010-12-16
• [Presentation] マイクロ波加熱による多元金属ナノ粒子の合成 (2010)
  • Author(s): 望月大, 滝沢翔平, 王丹, 和田雄二
  • Organizer: 日本電磁波エネルギー応用学会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2010-11-18
• [Presentation] 電場・磁場分離したマイクロ波照射による選択加熱と反応促進 (2010)
  • Author(s): 設楽昌史, 太田創之, 望月大, 和田雄二
  • Organizer: 日本電磁波エネルギー応用学会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2010-11-18
• [Presentation] 磁性金属ナノ粒子の精密粒径制御 (2010)
  • Author(s): 塚原保徳, 山内智央, 山田勝弘, 河野巧, 川端亮次, 和田雄二
  • Organizer: 日本電磁波エネルギー応用学会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2010-11-18
• [Presentation] 金属ナノ触媒を用いた不均一反応系の構築 (2010)
  • Author(s): 塚原保徳, 山内智央, 安田誠, 望月大, 馬場章夫, 和田雄二
  • Organizer: 日本電磁波エネルギー応用学会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2010-11-18
• [Presentation] マイクロ波を用いた機能性無機化合物ナノ粒子の精密合成 (2010)
  • Author(s): 和田雄二
  • Organizer: 第48回粉体に関する討論会
  • Place of Presentation: 高松
  • Year and Date: 2010-10-20
• [Presentation] マイクロ波を用いたナノ粒子合成とその応用展開 (2010)
  • Author(s): 塚原保徳, 山内智央, 山田勝弘, 河野巧, 川端亮次, 和田雄二
  • Organizer: 第48回粉体に関する討論会
  • Place of Presentation: 高松
  • Year and Date: 2010-10-20
• [Presentation] マイクロ波駆動化学による固体ナノ触媒を用いた不均一反応系の構築 (2010)
  • Author(s): 塚原保徳, 山内智央, 安田誠, 望月大, 馬場章夫, 和田雄二
  • Organizer: 第106回触媒討論会
  • Place of Presentation: 山梨
  • Year and Date: 2010-09-17
• [Presentation] マイクロ波加熱による酸化タングステンナノ粒子及び酸化タングステン-酸化チタンハイブリッドナノ粒子の合成 (2010)
  • Author(s): 設楽昌史, 望月大, 和田雄二
  • Organizer: 第106回触媒討論会
  • Place of Presentation: 山梨
  • Year and Date: 2010-09-17
• [Presentation] 層状ケイ酸塩層間でのシクロメタル化イリジウム(III)錯体の合成と発光特性 (2010)
  • Author(s): 杉山元彦, 徐晨, 望月大, 和田雄二
  • Organizer: 光化学討論会
  • Place of Presentation: 千葉
  • Year and Date: 2010-09-10
• [Presentation] 有機-無機ナノハイブリッド材料の発光を用いた圧力センシング (2010)
  • Author(s): 田村伸一, 望月大, 安武弘晃, 満尾和徳, 和田雄二
  • Organizer: 光化学討論会
  • Place of Presentation: 千葉
  • Year and Date: 2010-09-10
• [Presentation] シリカナノ空間に内包した色素の光物性 (2010)
  • Author(s): 望月大, 徐晨, 杉山元彦, 和田雄二
  • Organizer: 光化学討論会
  • Place of Presentation: 千葉
  • Year and Date: 2010-09-08
• [Presentation] 層状ケイ酸塩層間でのシクロメタル化イリジウム錯体の合成と発光特性の検討 (2010)
  • Author(s): 杉山元彦, 徐晨, 望月大, 和田雄二
  • Organizer: 日本化学会第90春季年会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2010-03-28
• [Presentation] イリジウム錯体-ゼオライトナノハイブリッド光触媒系の構築 (2010)
  • Author(s): 徐晨, 望月大, 和田雄二
  • Organizer: 日本化学会第90春季年会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2010-03-28
• [Presentation] 可視光下での色素増感型半導体触媒による水素発生反応 (2010)
  • Author(s): 〓从紅, 望月大, 和田雄二
  • Organizer: 日本化学会第90春季年会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2010-03-27
• [Presentation] マイクロ波照射の不均一触媒有機化学反応系における反応促進効果 (2010)
  • Author(s): 太田創之, 長南聡, 棚橋俊輝, 望月大, 山内智央, 塚原保徳, 和田雄二
  • Organizer: 日本化学会第90春季年会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2010-03-27
• [Presentation] マイクロ波加熱によるAu/Ag/Cuナノ粒子の合成 (2010)
  • Author(s): 王丹, 滝沢翔平, 望月大, 和田雄二
  • Organizer: 日本化学会第90春季年会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2010-03-26
• [Presentation] マイクロ波加熱による銀を含む二元金属ナノ粒子の合成 (2010)
  • Author(s): 望月大, 滝沢翔平, 塚原保徳, 山内智央, 和田雄二
  • Organizer: 日本化学会第90春季年会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2010-03-26
• [Presentation] マイクロ波を用いるニッケルナノ粒子の工業的製造 (2009)
  • Author(s): 竹腰哲人, 井上修治, 山田勝弘, 野本英朗, 樋口雅一, 河野巧, 塚原保徳, 山内智央, 川端亮二, 和田雄二
  • Organizer: 第3回日本電磁波エネルギー応用学会シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2009-11-19
• [Presentation] マイクロ波加熱モードの特徴を活かした金属ナノハイブリッド系の合成と触媒機能 (2009)
  • Author(s): 滝沢翔平, 望月大, 山内智央, 塚原保徳, 和田雄二
  • Organizer: 第3回日本電磁波エネルギー応用学会シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2009-11-19
• [Presentation] マイクロ波を用いた Cu core-Ni shell ナノ粒子の合成と磁気的性質 (2009)
  • Author(s): 山内智央, 塚原保徳, 河野巧, 和田雄二
  • Organizer: 第3回日本電磁波エネルギー応用学会シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2009-11-19
• [Presentation] マイクロ波照射下における不均一触媒作用促進効果 (2009)
  • Author(s): 太田創之, 長南聡, 望月大, 山内智央, 塚原保徳, 和田雄二
  • Organizer: 第3回日本電磁波エネルギー応用学会シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2009-11-19
• [Presentation] マイクロ波を用いた物質創製と産業化への取り組み (2009)
  • Author(s): 塚原保徳, 山内智央, 安田誠, 河野巧, 馬場章夫, 和田雄二
  • Organizer: 第3回日本電磁波エネルギー応用学会シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2009-11-19
• [Presentation] マイクロ波化学による固体ナノ触媒を用いた不均一反応系の構築 (2009)
  • Author(s): 塚原保徳, 山内智央, 安田誠, 河野巧, 馬場章夫, 和田雄二
  • Organizer: 第3回日本電磁波エネルギー応用学会シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2009-11-19
• [Presentation] Ag-Cuどんぐり型ナノ粒子触媒によるアルコールの脱水素反応 (2009)
  • Author(s): 滝沢翔平, 望月大, 山内智央, 塚原保徳, 和田雄二
  • Organizer: 第104回触媒討論会
  • Place of Presentation: 宮崎
  • Year and Date: 2009-09-29
• [Presentation] 可視光応答性光触媒を目指すイリジウム錯体-ゼオライトナノハイブリッドの構築 (2009)
  • Author(s): 徐晨, 望月大, 和田雄二
  • Organizer: 第104回触媒討論会
  • Place of Presentation: 宮崎
  • Year and Date: 2009-09-29
• [Presentation] マイクロ波照射下における不均一触媒を用いた有機化学反応での反応促進効果 (2009)
  • Author(s): 太田創之, 長南聡, 望月大, 山内智央, 塚原保徳, 和田雄二
  • Organizer: 第104回触媒討論会
  • Place of Presentation: 宮崎
  • Year and Date: 2009-09-29
• [Presentation] マイクロ波駆動化学による固体ナノ触媒を用いた不均一反応系の構築 (2009)
  • Author(s): 塚原保徳, 山内智央, 安田誠, 馬場章夫, 和田雄二
  • Organizer: 第104回触媒討論会
  • Place of Presentation: 宮崎
  • Year and Date: 2009-09-27
• [Presentation] ゼオライト-イリジウム錯体ナノハイブリッドの発光特性と光触媒への応用 (2009)
  • Author(s): 望月大, 徐晨, 和田雄二
  • Organizer: 第28回光がかかわる触媒化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2009-06-05
• [Book] 環境に貢献する最新触媒技術"マイクロ波より触媒を操る (2010)
  • Author(s): 和田雄二、鈴木榮一、塚原保徳
  • Total Pages: 4
  • Publisher: 化学工学
• [Book] ディスプレイと照明の材料技術 (2010)
  • Author(s): 和田雄二, 望月大
  • Total Pages: 11
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Patent(Industrial Property Rights)] 炭化水素の製造方法 (2011)
  • Inventor(s): 野本英朗、和田雄二、望月大, 外6名
  • Industrial Property Rights Holder: 新日鐵化学、東京工業大学
  • Industrial Property Number: 2011-053410
  • Filing Date: 2011-03-10