マイクロ波誘起非平衡状態の学理とその固体・界面化学反応制御法への応用展開

2021 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17H06156
• 研究種目: 基盤研究(S)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 触媒・資源化学プロセス
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 和田 雄二 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 特任教授 (40182985)
• 研究分担者: 滝沢 博胤 東北大学, 工学研究科, 教授 (90226960) ; 堀部 雅弘 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究グループ長 (30392658) ; 荒川 智紀 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究員 (00706757) ; 藤井 知 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30598933) ; 田 旺帝 国際基督教大学, 教養学部, 教授 (40344501) ; 吉川 昇 東北大学, 工学研究科, 准教授 (70166924) ; 西岡 将輝 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 上級主任研究員 (00282575) ; 中村 考志 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (80591726) ; 福島 潤 東北大学, 工学研究科, 助教 (80634063) ; 椿 俊太郎 大阪大学, 工学研究科, 特任講師(常勤) (90595878)
• 研究期間 (年度): 2017-05-31 – 2022-03-31
• キーワード: マイクロ波 / 触媒作用制御 / 非平衡反応場 / マイクロ波特殊効果 / マイクロ波プロセッシング

研究成果の概要

本課題はマイクロ波により固体表面、あるいは、固体バルクに生じる、局所的な非平衡状態の直接観測を武器として、マイクロ波によって固体・界面化学反応の学理を確立し、反応制御する方法論を確立することを目的とした。マイクロ波照射中の局所温度や物質構造を直接観測するin situ装置群の開発に成功し、従来、観測が不可能であった局所高温反応場の形成を実証し、これを理解する学理を得た。さらに、本手法が固体触媒反応や新材料合成反応を制御する方法として、その実用性を明確に示した。

自由記述の分野

触媒・資源化学プロセス、マイクロ波化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

従来、マイクロ波による反応加速は、非平衡局所加熱に起因すると考えられてきた。本課題にて、先進的な精密制御電磁波照射装置と「その場」観察手法を組み合わせ、マイクロ波誘起による非平衡局所高温反応場を直接観測するとともに、これを体系的に取りまとめ、学理とした。本手法は、再生可能エネルギーで駆動する低消費エネルギーな電化産業プロセスとして、CO2変換反応やプラスチックリサイクルなど、カーボンニュートラル技術の一翼を担う。