2020 Fiscal Year Annual Research Report
Collective motions of catalytic particles driven by chemical reations
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20H01878
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
山本 大吾 同志社大学, 理工学部, 准教授 (90631911)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
塩井 章久 同志社大学, 理工学部, 教授 (00154162)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | アクティブマター / 有機燃料 / 触媒 / 集団運動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
メタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、エチレングリコールなど様々な有機燃料下において込み合った状況下でのPt触媒粒子の運動を観察することで、種々の反応燃料による集団運動パターンの違いを詳細に検討した。その結果、反応燃料の種類によって、集団化した際のクラスター形状が二種類に分類されたことがわかった。それぞれのクラスターの形状は、(a)滑らかな界面を持ったクラスター、(b)角ばった界面を持ったクラスターである。これらのクラスター形状は、パターンの複雑さを示す評価指標である円形度によって定量的に解析することが可能であり、(a)に分類された有機燃料は、メタノール、エタノール、アセトアルデヒドであり、(b)に分類されたものは、1-プロパノール、2-プロパノール、エチレングリコールであった。
このクラスター形状の違いが生じる要因を検討するために、各種有機燃料を含むPt触媒粒子サスペンション中において反応によって消費される溶存酸素濃度の経時変化を定量的に分析した。その結果、燃料によって反応速度に違いが生じたものの、クラスター形状と反応速度の間に相関性を見出すことはできなかった。
次年度も引き続き、集団運動発現メカニズムの解明に向けて、粒子個数濃度・有機燃料濃度などの様々な操作条件を変化させ、諸因子が集団運動パターンに与える影響に関して包括的に纏めあげ、実験条件と集団運動パターンの相関性を検討したい。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
コロナ禍により計画的に実験を実施できず、実験的検討が滞ってしまったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度、検討が不十分であった、様々な操作条件が粒子の集団運動に与える影響に関する実験的検討を引き続き遂行する。具体的には、触媒粒子の集団運動に関して、触媒粒子の種類・個数濃度、反応物質（有機燃料）の種類・濃度、など様々な操作条件を変化させ、諸因子が集団運動に与える影響に関して包括的に纏め上げる。
さらに研究が進展すれば、制限環境や他の反応系を組み合わせた高度な自己集団運動システムの構築をおこなう。本システムでは溶存酸素が枯渇すると反応が停止して触媒粒子はブラウン拡散して元の分散状態に戻ってしまうが、過酸化水素の分解反応(2H2O2→2H2O+O2)を用いた系あるいは気相中の酸素濃度を変化させて接触させる系を用いて持続的に溶存酸素を供給可能なシステムを構築する。更に、これらの流路と他の反応系を融合した高度なシステムをデザインして、新たな自己集団機能の発現を目指す。
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