Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
マイクロ波照射によって、固体触媒中の特定の電子・イオン振動を誘起することで、触媒反応のエネルギー効率・生成物収率向上が期待できる。一方で、電子・イオン振動を直接的に観測する研究例は乏しく、定量的な議論も十分でないため、マイクロ波による反応促進はしばしば「特殊現象」のように扱われる。研究代表者はマイクロ波駆動の触媒反応を定量的に理解・制御することを目指して、電子・イオン振動現象を、ナノ秒オーダーで周期変化する非平衡状態：『動的超秩序構造』と捉えて熱力学的理解を深めてきた。本研究では、最先端のオペランド計測技術を駆使し『動的超秩序構造』の定量化するための熱力学パラメータの確立を目指す。
マイクロ波によって誘起されるイオン振動に基づく「動的超秩序構造」の学理開拓に向けて、結晶性多孔体ゼオライトの細孔内に導入した様々な金属イオンとマイクロ波の相互作用を多角的に評価した。特に、一価カチオン（In+、アルカリ金属イオン）はマイクロ波と強く相互作用し、高い効率で加熱された。放射光X線分析を行ったところ、ゼオライト細孔内でこれらのイオンがマイクロ波によって選択的に振動誘起されたことによる、特異的な変異が起こることを明らかにした。このようなマイクロ波によるイオン振動の度合いは、ゼオライトの細孔径に大きく依存することが分かった。MD計算などを通して、振動イオンとゼオライト細孔壁との衝突によって、これらの加熱挙動および振動運動挙動が制限されるため、細孔径による依存性が出ることを明らかにした。このようなマイクロ波による選択的なイオン振動場によって、CO2の水素化反応が見かけ温度で推定されるよりも高い速度で進行した。すなわち、マイクロ波によってイオンが選択的に振動することで、「動的超秩序構造」を反応場とする特異的な触媒反応を実証した。
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
放射光X線測定、触媒反応測定、MD計算などを通して、ゼオライト細孔内イオンをモデルとする「動的超秩序構造」の体系的理解を行った。計画通りに順調に進展していると評価する。
ゼオライトをモデルとした理解を発展させ、酸素イオン伝導性材料などへと拡張した研究を展開する。
All 2023
All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results, Open Access: 1 results)
Science Advances
Volume: 9 Issue: 33 Pages: 1-10
10.1126/sciadv.adi1744
