マイクロ波加熱によって発生するホットスポットの生成メカニズムとその制御

• 研究課題/領域番号: 25420820
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 反応工学・プロセスシステム
• 研究機関: 上智大学
• 研究代表者: 堀越 智 上智大学, 理工学部, 准教授 (50424784)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2015年度: 260千円 (直接経費: 200千円、間接経費: 60千円); 2014年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2013年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
• キーワード: マイクロ波化学 / ホットスポット / 固体触媒 / 有機合成

研究成果の概要

1990年代後半より、マイクロ波を用いた有機合成の研究が盛んに行われている。中でも、金属触媒を用いた化学合成は著しい促進効果が示唆されており、グリーンケミストリー的な位置づけからも重要な技術である。一方、マイクロ波による金属触媒能の促進理由(メカニズム)については様々な学術的議論が行われてきたが、その主原因として触媒近傍で局所的に発生する非平衡高温場(ホットスポット)の存在が予想されている。本研究では、マイクロ波によって触媒表面に発生すると考えられるホットスポットの存在を明確にし、そのメカニズムの解明と制御を世界で初めて成功した。

研究成果

• [国際共同研究] ハノバー大学(ドイツ)
• [国際共同研究] パビア大学(イタリア)
• [雑誌論文] Synthesis of TiO2 hollow particles with highly dispersed CaCO3 template particulates and photoactivity toward a VOC Pollutant (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Horikoshi, K. Oshimo, T. Sumi, H. Uchida, T. Endo, H. Sakai, N. Serpone
  • 雑誌名: J. Sol-Gel Sci. Technol. 巻: 78 号: 2 ページ: 373-381
  • DOI: 10.1007/s10971-015-3939-2
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Microwave discharge electrodeless lamps (MDEL). VII. Continuous on-site solar energy remediation of contaminated water (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Horikoshi, T. Nishimura, H. Tsutsumi, N. Serpone
  • 雑誌名: Chem. Eng. Techn. 巻: 39 号: 1 ページ: 102-107
  • DOI: 10.1002/ceat.201500164
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Microwave-assisted organic syntheses: microwave effect on intramolecular reactios - the Claisen rearrangement of allylphenyl ether and 1-allyloxy-4-methoxybenzene (2015)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Horikoshi, Tomoki Watanabe, Monoko Kamata, Yumiko Suzuki, Nick Serpone
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 5 号: 110 ページ: 90272-90280
  • DOI: 10.1039/c5ra18039b
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Microwave Discharge Electrodeless Lamps (MDELs). Part IX. A novel MDEL photoreactor for the photolytic and chemical oxidation treatment of contaminated wastewaters (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Horikoshi, A. Tsuchida, T. Shinomiya, N. Serpone
  • 雑誌名: Photochem. Photobiol. Sci. 巻: 14 号: 12 ページ: 2187-2194
  • DOI: 10.1039/c5pp00297d
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A novel microwave thermodynamic model for alcohol with clustering structure in non-polar solution (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Sumi, R. Dillert, S. Horikoshi
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 119 号: 45 ページ: 14479-14485
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.5b06168
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Heating mechanism of W/O emulsion with sorbitan fatty acid monostearate surfactant under microwave irradiation (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Sumi, S. Horikoshi
  • 雑誌名: Radiation Phys. Chem. 巻: 114 ページ: 31-37
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] In situ picosecond transient diffuse reflectance spectroscopy of opaque TiO2 systems under microwave irradiation and influence of oxygen vacancies on the UV-driven/microwave-assisted TiO2 photocatalysis (2015)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Horikoshi, Hideya Tsutsumi, Hiroyuki Matsuzaki, Akihiro Furube, Alexei V Emeline, Nick Serpone
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry C 巻: 3 号: 23 ページ: 5958-5969
  • DOI: 10.1039/c4tc02748e
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Enzymatic proteolysis of peptide bonds by a metallo-endoproteinase under precise temperature control with 5.8-GHz microwave radiation (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Horikoshi, T. Nakamura, M. Kawaguchi, N. Serpone
  • 雑誌名: J. Mol. Catal. B: Enzyme 巻: 116 ページ: 52-59
  • DOI: 10.1016/j.molcatb.2015.03.007
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Utilization of the microwave electric or magnetic field in the synthesis of monometallic and bimetallic nanoparticles (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Sumi, R. Dillert, S. Horikoshi
  • 雑誌名: RSC Advance 巻: 5 号: 19 ページ: 14637-14645
  • DOI: 10.1039/c5ra00452g
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Detoxification mechanism of asbestos materials by microwave treatment (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Yoshikawa, K. Kashimura, M. Hashiguchi, M. Sato, S. Horikoshi, T. Mitani, N. Shinohara
  • 雑誌名: J. Hazardous Mater. 巻: 284 ページ: 201-206
  • DOI: 10.1016/j.jhazmat.2014.09.030
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Coupled microwave/photoassisted methods for environmental remediation (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Horikoshi, N. Serpone
  • 雑誌名: Molecules 巻: 19 号: 11 ページ: 18102-18128
  • DOI: 10.3390/molecules191118102
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Microwave-driven asbestos treatment and its scale-up for use after natural disasters (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Horikoshi, T. Sumi, S. Ito, R. Dillert, K. Kashimura, N. Yoshikawa, M. Sato, N. Shinohara
  • 雑誌名: Environ. Sci. Technol. 巻: 48 号: 12 ページ: 6882-6890
  • DOI: 10.1021/es500551b
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Control of microwave-generated hot spots. Part VI. Generation of hot spots in dispersed catalyst particulates and factors that affect catalyzed organic syntheses in heterogeneous media (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Horikoshi, M. Kamata, S. Sakamoto, T. Mitani, N. Serpone
  • 雑誌名: Ind. Eng. Chem. Res. 巻: 53 号: 39 ページ: 14941-14947
  • DOI: 10.1021/ie502169z
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Role of microwaves in heterogeneous catalytic systems (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Horikoshi, N. Serpone
  • 雑誌名: Catal. Sci. Technol. 巻: 4 号: 5 ページ: 1197-1210
  • DOI: 10.1039/c3cy00753g
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] On the influence of the microwaves’ thermal and non-thermal effects (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Horikoshi, N. Serpone
  • 雑誌名: Catalysis Today 巻: 224 ページ: 225-235
  • DOI: 10.1016/j.cattod.2013.10.056
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient degassing of dissolved oxygen in aqueous media by microwave irradiation and the effect of microwaves on a reaction catalyzed by Wilkinson’s catalyst (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Horikoshi, S. Matsuzaki, S. Sakamoto, N. Serpone
  • 雑誌名: Radiation Phys. Chem. 巻: 97 ページ: 48-55
  • DOI: 10.1016/j.radphyschem.2013.10.020
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] マイクロ波照射光触媒による迅速水処理技 (2014)
  • 著者名/発表者名: 堀越 智
  • 雑誌名: 静電気学会誌 巻: 38 ページ: 95-100
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of lattice distortion and oxygen vacancies on the UV-driven/microwaveassisted TiO2 photocatalysis (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Horikoshi, Y. Minatodani, H. Tsutsumi, H. Uchida, M. Abe, N. Serpone
  • 雑誌名: Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 巻: 265 ページ: 20-28
  • DOI: 10.1016/j.jphotochem.2013.05.010
  • 査読あり
• [雑誌論文] 高周波誘電加熱を用いた高品質プラスチックレンズの迅速製造技術 (2013)
  • 著者名/発表者名: 堀越 智, 来田文夫, 中出義彦
  • 雑誌名: プラスチックス 巻: 8 ページ: 37-40
  • NAID: 40019775996
  • 査読あり
• [雑誌論文] マイクロ波(非熱)効果の真相は？－マイクロ波を用いた化学反応の促進機構を解明する (2013)
  • 著者名/発表者名: 堀越 智
  • 雑誌名: 化学 巻: 68 ページ: 68-69
• [雑誌論文] Control of Microwave-generated Hot Spots. Part V. Mechanisms of Hot-spot Generation and Aggregation of Catalyst in a Microwave-assisted Reaction in Toluene Catalyzed by Pd-loaded AC Particulates (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Horikoshi, A. Osawa, S. Sakamoto, N. Serpone
  • 雑誌名: Applied Catalysis A: General 巻: 460-461 ページ: 52-60
  • DOI: 10.1016/j.apcata.2013.04.022
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation and Efficacy of TiO2/AC Composites Prepared Under Microwave Irradiation in the Photoinduced Transformation of the 2-Propanol VOC Pollutant in Air (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Horikoshi, S. Sakamoto, N. Serpone
  • 雑誌名: Applied Catalysis B: Environmental 巻: 140-141 ページ: 646-651
  • DOI: 10.1016/j.apcatb.2013.04.060
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microwave’s synthesis, extraction, improvement and degradation in oil chemistry (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Sumi, S. Horikoshi
  • 雑誌名: Journal of Oleo Science 巻: 62 ページ: 443-451
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Hybrid Microreactor/Microwave High-Pressure Flow System of a Novel Concept Design and its Application to the Synthesis of Silver Nanoparticles (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Horikoshi, T. Sumi, N. Serpone
  • 雑誌名: Chemical Engineering and Processing 巻: 73 ページ: 59-66
  • DOI: 10.1016/j.cep.2013.07.009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of microwave-generated hot spots. Part IV. Control of hot spots on a heterogeneous microwave-absorber catalyst surface by a hybrid internal/external heating method (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Horikoshi, A. Osawa, S. Sakamoto, N. Serpone
  • 雑誌名: Chemical Engineering and Processing 巻: 69 ページ: 52-56
  • DOI: 10.1016/j.cep.2013.02.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rapid synthesis of Gemini surfactants using a novel 915-MHz microwave apparatus (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Horikoshi, T. Sato, M. Abe, N. Serpone
  • 雑誌名: Journal of Oleo Science 巻: 62 ページ: 39-44
  • NAID: 130004800063
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kinetics of the photocatalytic degradation of methylamine: Influence of pH and of UV-A/UV-B radiant fluxes (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Helali, F. Dappozze, S. Horikoshi, T. H. Bui, N. Perol, C. Guillard
  • 雑誌名: Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 巻: 255 ページ: 50-57
  • DOI: 10.1016/j.jphotochem.2012.12.022
  • 査読あり
• [学会発表] Hydrogen evolution from organic hydrides through microwave selective heating in heterogeneous catalytic flow systems (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Kamata, S. Horikoshi
  • 学会等名: Pacifichem 2015
  • 発表場所: アメリカ・ハワイ・ホノルル
  • 年月日: 2015-12-14
  • 国際学会
• [学会発表] Managing microwave-induced hot spots in heterogeneous catalytic systems (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Horikoshi, N. Serpone
  • 学会等名: Pacifichem 2015
  • 発表場所: アメリカ・ハワイ・ホノルル
  • 年月日: 2015-12-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] マイクロ波化学・材料プロセッシング (2015)
  • 著者名/発表者名: 堀越 智
  • 学会等名: MWE2015
  • 発表場所: 神奈川県・パシフィコ横浜
  • 年月日: 2015-11-26
  • 招待講演
• [学会発表] Energy saving process of organic hydride for hydrogen energy by using microwave-driven catalytic reaction (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Horikoshi
  • 学会等名: 49rd Annual International Microwave Power Symposium
  • 発表場所: アメリカ・サンディエゴ
  • 年月日: 2015-07-17
  • 国際学会
• [学会発表] 光触媒コーティング無電極ランプによる被災地の汚染水浄化装置の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 堀越 智
  • 学会等名: 循環型社会形成推進研究発表会
  • 発表場所: 東京都
  • 年月日: 2014-12-18
  • 招待講演
• [学会発表] 不均一触媒反応におけるマイクロ波効果の検証 (2014)
  • 著者名/発表者名: 堀越 智
  • 学会等名: 第45回 中部化学関係学協会支部連合秋季大会
  • 発表場所: 岐阜県
  • 年月日: 2014-11-29 – 2014-11-30
  • 招待講演
• [学会発表] マイクロ波固体触媒法を用いたデカリンからの水素エネルギー発生に関する研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 鎌田桃子、堀越 智
  • 学会等名: 第8回日本電磁波エネルギー応用学会シンポジウム
  • 発表場所: 高知県
  • 年月日: 2014-11-17 – 2014-11-19
• [学会発表] On the Influence of the Microwaves’ Thermal and Non-thermal Effects in Titania Photoassisted Reactions (2014)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Horikoshi, Nick Serpone
  • 学会等名: 20th International Conference on Advanced Oxidation Technologies for Treatment of Water, Air, and Soil
  • 発表場所: サンディエゴ・アメリカ
  • 年月日: 2014-11-16 – 2014-11-21
  • 招待講演
• [学会発表] マイクロ波およびマイクロリアクターを用いた金属ナノ粒子の新合成プロセス (2014)
  • 著者名/発表者名: 堀越 智
  • 学会等名: 平成26年度粉体粉末冶金協会秋季大会
  • 発表場所: 大阪府
  • 年月日: 2014-10-30
  • 招待講演
• [学会発表] Role of microwaves in heterogeneous catalytic systems (2014)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Horikoshi
  • 学会等名: Materials Science & Technology 2014
  • 発表場所: ピッツバーグ・アメリカ
  • 年月日: 2014-10-12 – 2014-10-16
• [学会発表] マイクロ波促進不均一光触媒法を用いた水処理に対する酸素欠損の影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 堀越 智
  • 学会等名: 第65回コロイドおよび界面化学討論会
  • 発表場所: 東京都
  • 年月日: 2014-09-03 – 2014-09-05
• [学会発表] マイクロ波不均一触媒界面におけるホットスポットの発生メカニズムの解明と制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 堀越 智
  • 学会等名: 第65回コロイドおよび界面化学討論会
  • 発表場所: 東京都
  • 年月日: 2014-09-03 – 2014-09-05
• [学会発表] マイクロ波効果とその化学応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 堀越 智
  • 学会等名: 9)(独) 日本学術振興会 テラヘルツ波科学技術と産業開拓第182委員会
  • 発表場所: 静岡県
  • 年月日: 2014-07-17
  • 招待講演
• [学会発表] 化学反応におけるマイクロ波場の基礎と利用例 (2014)
  • 著者名/発表者名: 堀越 智
  • 学会等名: 第5回日本電磁波エネルギー応用学会講演会
  • 発表場所: 東京都
  • 年月日: 2014-05-30
  • 招待講演
• [学会発表] Microwave effect(s) on heterogeneous TiO2 photocatalytic system (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Horikoshi
  • 学会等名: The 2nd International Conference on Photocatalytic and Advanced Oxidation Technologies for Treatment of Water, Air, Soil and Surfaces (PAOT-2)
  • 発表場所: Poland
  • 招待講演
• [学会発表] Formation of TiO2/AC Composites Prepared under Microwave Irradiation and its Efficacy Test in Photodegradation of 2-Propanol (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Sakamoto, S. Horikoshi, N. Serpone
  • 学会等名: The 2nd International Conference on Photocatalytic and Advanced Oxidation Technologies for Treatment of Water, Air, Soil and Surfaces (PAOT-2)
  • 発表場所: Poland
• [学会発表] A hybrid microreactor/microwave high-pressure flow system of a novel concept design and its application to the synthesis of silver nanoparticles (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Horikoshi and N. Serpone
  • 学会等名: Microwave and Flow Chemistry Conference
  • 発表場所: アメリカ
  • 招待講演
• [学会発表] Nanoscience/Nanotechnology and the Role of Microwave Radiation (2013)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Horikoshi, Nick Serpone
  • 学会等名: The 18th International Conference on TiO2 photocatalysis: Fundamentals and applications
  • 発表場所: アメリカ
  • 招待講演
• [学会発表] 極性・非混合溶媒におけるマイクロ波加熱の特徴 (2013)
  • 著者名/発表者名: 鷲見卓也、堀越 智
  • 学会等名: 第36回溶液化学シンポジウム
  • 発表場所: 北海道
• [学会発表] 複素誘電率の温度および周波数依存性を利用した有機化学反応 (2013)
  • 著者名/発表者名: 堀越 智
  • 学会等名: 第7回日本電磁波エネルギー応用学会シンポジウム
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] 極性・非混合溶媒におけるマイクロ波加熱の特徴 (2013)
  • 著者名/発表者名: 鷲見卓也、堀越 智
  • 学会等名: 第7回日本電磁波エネルギー応用学会シンポジウム
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] マイクロ波による瓦礫中の有害物質迅速処理－大型試験機運用試験－ (2013)
  • 著者名/発表者名: 樫村京一郎、米田沙織、木嶋敬昌、堀越 智、吉川 昇、佐藤元泰、篠原真毅
  • 学会等名: 第7回日本電磁波エネルギー応用学会シンポジウム
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] マイクロ波照射によるTiO2/ACコンポジット材料の合成と評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 坂本新太郎、堀越 智
  • 学会等名: 第7回日本電磁波エネルギー応用学会シンポジウム
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] 5.8GHzマイクロ波を用いた酵素反応におけるマイクロ波効果の検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中村太知郎、堀越 智
  • 学会等名: 第7回日本電磁波エネルギー応用学会シンポジウム
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] アスベストのマイクロ波及び高温集塵による無害化処理技術 (2013)
  • 著者名/発表者名: 篠原真毅、樫村京一郎、佐藤元泰、吉川昇、堀越 智、米田沙織、木嶋敬昌
  • 学会等名: 粉体工学会秋期研究発表会
  • 発表場所: 大阪
• [学会発表] マイクロリアクター/マイクロ波高圧連続合成装置を用いたAgナノ粒子合成 (2013)
  • 著者名/発表者名: 堀越 智、鷲見卓也
  • 学会等名: ナノ学会11回大会
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] マイクロ波磁場効果によるAgナノ粒子合成 (2013)
  • 著者名/発表者名: 鷲見卓也、堀越 智
  • 学会等名: ナノ学会11回大会
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] マイクロ波化学の基礎
  • 著者名/発表者名: 堀越 智
  • 学会等名: 近畿化学協会第60回セミナー
  • 発表場所: 大阪
  • 招待講演
• [学会発表] マイクロ波化学の基礎
  • 著者名/発表者名: 堀越 智
  • 学会等名: 福井大学セミナー
  • 発表場所: 福井
  • 招待講演
• [学会発表] Microwave Chemistry
  • 著者名/発表者名: S. Horikoshi
  • 学会等名: Turin University seminar
  • 発表場所: イタリアトリノ
  • 招待講演
• [学会発表] マイクロ波化学の基礎
  • 著者名/発表者名: 堀越 智
  • 学会等名: 日本セラミック協会 第47回基礎科学部会セミナー
  • 発表場所: 東京
  • 招待講演
• [学会発表] マイクロ波化学の基礎
  • 著者名/発表者名: 堀越 智
  • 学会等名: IEEE MTTC Kansai Chapterワークショップ
  • 発表場所: 京都
  • 招待講演
• [図書] Microwaves in catalysis ‐ Methodology and applications (2015)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Horikoshi, Nick Serpone
  • 総ページ数: 401
  • 出版者: Wiley-VCH, Weinheim, Germany
• [図書] 最新マイクロ波エネルギーと応用技術 (2014)
  • 著者名/発表者名: 堀越 智
  • 総ページ数: 960
  • 出版者: 産業技術サービスセンター
• [図書] 図解 環境化学工学 (2014)
  • 著者名/発表者名: 堀越 智 (編著)、菊池康紀、大橋憲司
  • 総ページ数: 178
  • 出版者: 日刊工業新聞社出版
• [図書] 図解 メタマテリアル (2013)
  • 著者名/発表者名: 堀越 智 (編著)、萩行正憲、高野恵介、田中拓男、上田哲也
  • 総ページ数: 191
  • 出版者: 日刊工業新聞社出版
• [図書] マイクロ波化学 (2013)
  • 著者名/発表者名: 堀越 智 (編著)、滝澤博胤、篠原真毅
  • 総ページ数: 240
  • 出版者: 三共出版株式会社
• [図書] Microwaves in Nanoparticle - Synthesis; Fundamentals and Applications - (2013)
  • 著者名/発表者名: 編集・著者 Satoshi Horikoshi, Nick Serpone
  • 総ページ数: 352
  • 出版者: Wiley-VCH, Weinheim, Germany
• [図書] Photo-Electrochemistry & Photo-Biology for the Sustainability (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Horikoshi and N. Serpone
  • 総ページ数: 200
  • 出版者: Union publisher.
• [備考] 堀越研究室の研究
  • URL: http://pweb.cc.sophia.ac.jp/horikosi/