Collective motions of catalytic particles driven by chemical reations

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H01878
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13040:Biophysics, chemical physics and soft matter physics-related
• Research Institution: Doshisha University
• Principal Investigator: Yamamoto Daigo 同志社大学, 理工学部, 准教授 (90631911)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 塩井 章久 同志社大学, 理工学部, 教授 (00154162)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 集団運動 / 触媒粒子 / エネルギー変換 / アクティブマター / 有機燃料 / 非平衡現象

Outline of Final Research Achievements

We have previously found that Pt catalyst particles, which have a simpler structure than living organisms, exhibit various types of regulated motions (e.g. translation, rotation, and apin) in aqueous solutions containing organic fuels such as ethanol and acetaldehyde, depending on their morphologies. In this research project, we observed the collective motion of Pt particles under conditions of high particle number concentration. As a result, we found that the pattern of collective motion of Pt particles are different in the types of organic fuels. Furthermore, we used the collective motion of Pt particles to extract the mechanical work of a gear-shaped particle and estimated the energy conversion efficiency.

Free Research Field

コロイド・界面化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

エタノールなどの有機燃料を含む水溶液中においてPt触媒粒子が集団運動を行なうことを確認し、さらに歯車状粒子の自転仕事を取り出すことができた。これより、生物系にみられる集団運動による仕事の取り出しの挙動を人工的な化学システムにより再現することができたといえる。また、Pt触媒粒子の集団運動におけるエネルギー変換効率を概算したが、生体システムと比較すると著しく小さな値であったが、本研究によって、非生物の微小アクティブマターから仕事を取り出すことを実験的に示せたことから、生物系でのモデルの一例となることが期待できる。