| 研究課題/領域番号 |
21K14491
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分28030:ナノ材料科学関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
渡部 花奈子 東北大学, 工学研究科, 助教 (30847249)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | 触媒システム / 中空粒子 / ナノ粒子 / 触媒 / マイクロリアクター |
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| 研究開始時の研究の概要 |
数百ナノメートルの中空シリカ球に格納した触媒ナノ粒子の拡散性を外部交流電場により操作し、能動的なミキシングが可能な触媒システムの開発を目指す。触媒ナノ粒子そのものの能動的ミキシング効果を利用すれば、ナノ空間で反応物質の拡散を誘導することが可能であり、触媒反応効率の向上が見込まれる。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、微小空間でのナノ粒子運動を利用した新しい触媒システムの開発を目的とした。触媒粒子が拡散運動することを利用すれば、微小空間で物質を混合することが可能になると着想した。本仮説を実証するために、金ナノ粒子内包型中空シリカ球を合成した。同ナノ粒子は、溶液で満たされた中空シリカ球内部で、電場印加時、解除時ともに時間反転対象型の運動を示すことを実証した。このことから、効果的な混合効果を得るためには更なる検討が必要であることがわかった。一方で、中空殻の多孔性が反応物の物質移動挙動に大きく影響することが明らとなり、中空粒子を用いた触媒システム開発における、シェル細孔構造の重要性を指摘した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
高い比表面積を有する触媒粒子充填型反応器は、様々な触媒反応の基盤システムとして受け入れられている。しかしながら、流路内の高い圧力損失、触媒粒子と反応溶液の低い接触効率が指摘されてきた。本研究では、中空粒子殻の細孔径ならびに中空粒子のサイズ均一性が同反応器設計に重要な因子であることを明らかにした。本研究で得られた知見に基づき設計される触媒システムは、粒子充填型反応器が抱える課題の改善に繋がる。
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