溶液反応系における非平衡局所加熱の直接観測と化学反応制御への基盤研究

2010 年度 実績報告書

• 研究領域: マイクロ波高温非平衡加熱の研究総括
• 研究課題/領域番号: 21017001
• 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, 大学院・理工学研究科, 教授 (40182985)
• 研究分担者: 望月 大 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教 (90434315) ; 堀越 智 東京理科大学, 総合研究機構, 准教授 (50424784)
• キーワード: マイクロ波 / 非平衡局所加熱 / 触媒 / 省エネルギー / エネルギー効率化

研究概要

マイクロ波は吸収能の違いによって物質を選択的に加熱することができる。中でも固体と液体からなる不均一系では高いマイクロ波吸収性の固体がマイクロ波照射で選択的に加熱され、その表面は周囲の溶媒温度よりも高温になると考えられる。この高温な表面は反応場として機能することが期待できる。そこで本研究では、固体の選択加熱によって形成する高温の表面を利用して特異なナノ構造や反応促進を得ることを目的とした。WO3-TiO2ナノ粒子の合成を検討した。合成方法には金属塩化物とベンジルアルコールによる無水合成法を採用した。得られたサンプルの構造解析を行ったところ、マイクロ波で合成することによってWO3-TiO2ナノ粒子は四角形平板状のWO3ナノ粒子の周囲をTiO2ナノ粒子が不均一に覆った構造を形成した。これはWO3が選択加熱され表面が溶媒よりも高温となり、TiO2のWO3表面における核成長が促進されたためと考えられる。得られたサンプルの光触媒機能について可視光照射下における酢酸光酸化反応によって評価した。マイクロ波加熱で合成したWO3-TiO2ナノ粒子はWO3単独ナノ粒子よりも高い光触媒活性を示した。これはマイクロ波加熱で得られた特異なナノ構造によって励起電子-正孔再結合が抑制されたためと考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Nucleation, Growth of Magnetic Ni-Co (Core-Shell) Nanoparticles in a One-Pot Reaction under Microwave Irradiation (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Yamauchi, Y.Tsukahara, K.Yamada, T.Sakata, Y.Wada
  • 雑誌名: Chem.Mater 巻: 23 ページ: 75-84
  • 査読あり
• [雑誌論文] A novel Dewar-like reactor for maintaining constant heat and enhancing product yields during microwave-assisted organic syntheses (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Horikoshi, A.Osawa, Y.Suttisawat, M.Abe, N.Serpone
  • 雑誌名: Org.Process.Res.Dev. 巻: 14 ページ: 1453-1456
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic Cu-Ni (core-shell) nanoparticles in a one-pot reaction under microwave irradiation (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Yamauchi, Y.Tsukahara, T.Sakata, H.Mori, T.Yanagida, T.Kawai, Y.Wada
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 2 ページ: 515-523
  • 査読あり
• [雑誌論文] In Situ Observation of Nonequilibrium Local Heating as an Origin of Special Effect of Microwave on Chemistry (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Tsukahara, A.Higashi, T.Yamauchi, T.Nakamura, M.Yasuda, A.Baba, Y.Wada
  • 雑誌名: J.Phys.Chem.C 巻: 114 ページ: 8965-8970
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microwaves in Advanced Oxidation Processes for Environmental Applications. (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Serpone, S.Horikoshi, A.V.Emeline
  • 雑誌名: J.Photochem.Photobiol.C : Review 巻: 11 ページ: 114-131
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of Microwave Effects on ZnO and TiO2 Semiconductors.Delineating magnetic and electric field effects (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Horikoshi, A.Matsubara, S.Takayama, M.Sato, F.Sakai, M.Kajitani, M.Abe, N.Serpone
  • 雑誌名: Appl.Catal.B : Environ. 巻: 91 ページ: 362-367
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microwave specific effects in organic synthesis.A proposed model from the solvent-free synthesis of monoglycerylcetyldimethyl ammonium chloride. (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Horikoshi, M.Fukui, K.Tsuchiya, M.Abe, N.Serpone
  • 雑誌名: Chem.Phys.Lett. 巻: 491 ページ: 244-247
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydrogen production from Tetralin over microwave-accelerated Pt-supported activated carbon. (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Suttisawat, S.Horikoshi, H.Sakai, M.Abe
  • 雑誌名: J.Hydrogen Energy 巻: 35 ページ: 6179-6183
  • 査読あり
• [雑誌論文] Access to small size distributions of nanoparticles by microwave-assisted synthesis.Formation of Ag nanoparticles in aqueous carboxymethylcell ulose solutions in batch and continuous-flow reactors. (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Horikoshi, H.Abe, K.Torigoe, M.Abe, N.Serpone
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 2 ページ: 1441-1447
  • 査読あり
• [学会発表] 色素増感酸化物半導体ナノ粒子を用いた可視光水分解による水素生成反応における溶液中共存種の効果 (2011)
  • 著者名/発表者名: ZHANCONGHONG, 黄静君, 胡章, 望月大, 米谷真人, 和田雄二
  • 学会等名: 日本化学会第91春季年会
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 2011-03-26
• [学会発表] 色素増感酸化物半導体ナノ粒子を用いた水分解による水素生成での表面吸着種の効果 (2011)
  • 著者名/発表者名: 米谷真人, ZHANCONGHONG, 黄静君, 胡 Chi-Chang, 望月大, 和田雄二
  • 学会等名: 日本化学会第91春季年会
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 2011-03-26
• [学会発表] イリジウム錯体-ゼオライトナノハイブリッドを用いた有機化合物の光還元反応 (2011)
  • 著者名/発表者名: 徐晨, 望月大, 米谷真人, 和田雄二
  • 学会等名: 日本化学会第91春季年会
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 2011-03-26
• [学会発表] Milestone社製RotoSYNTHを用いた白金のアルミナへの含浸担持 (2011)
  • 著者名/発表者名: 長南聡, 水嶋龍司, 中村勝則, 望月大, 米谷真人, 和田雄二
  • 学会等名: 日本化学会第91春季年会
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 2011-03-26
• [学会発表] 層状シリカ-有機ナノ構造体層間に導入した色素の高圧下での光物性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 望月大, 田村伸一, 米谷真人, 和田雄二
  • 学会等名: 日本化学会第91春季年会
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 2011-03-26
• [学会発表] 有機修飾層状金属酸化物のチオール-エン反応による交互積層ナノ構造体の合成 (2011)
  • 著者名/発表者名: 熊谷槙, 望月大, 米谷真人, 和田雄二
  • 学会等名: 日本化学会第91春季年会
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 2011-03-26
• [学会発表] マイクロ波照射下におけるメタンからベンゼンへの触媒的転換 (2011)
  • 著者名/発表者名: 君島拓郎, 望月大, 米谷真人, 鈴木榮一, 和田雄二, 間山揚郎, 田島憲司, 藤井知, 野本英朗, 樋口雅一, 井上修治, 竹腰哲人, 河野巧
  • 学会等名: 日本化学会第91春季年会
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 2011-03-26
• [学会発表] 電場・磁場分離したマイクロ波照射による選択加熱と反応促進 (2011)
  • 著者名/発表者名: 設楽昌史, 望月大, 米谷真人, 和田雄二
  • 学会等名: 日本化学会第91春季年会
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 2011-03-26
• [学会発表] スルホン酸修飾金属酸化物を用いた酸触媒反応におけるマイクロ波効果 (2011)
  • 著者名/発表者名: 松井宏樹, 望月大, 米谷真人, 和田雄二
  • 学会等名: 日本化学会第91春季年会
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 2011-03-26
• [学会発表] アナターゼ型酸化チタンナノ粒子の結晶面による光誘起電荷移動への影響 (2011)
  • 著者名/発表者名: 田中恵多, 米谷真人, 望月大, 和田雄二
  • 学会等名: 日本化学会第91春季年会
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 2011-03-26
• [学会発表] マイクロ波照射下流通系固体触媒反応によるメタノール転換反応 (2011)
  • 著者名/発表者名: 鯨井寛樹, 望月大, 米谷真人, 鈴木榮一, 和田雄二, 間山揚郎, 田島憲司, 藤井知
  • 学会等名: 日本化学会第91春季年会
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 2011-03-26
• [学会発表] Preparation of metal nanoparticles under microwave irradiation (2010)
  • 著者名/発表者名: Yasunori Tsukahara, Tomohisa Yamauchi, Dai Mochizuki, Yuji Wada
  • 学会等名: Pacifichem2010
  • 発表場所: Hawaii
  • 年月日: 2010-12-16
• [学会発表] マイクロ波加熱による多元金属ナノ粒子の合成 (2010)
  • 著者名/発表者名: 望月大, 滝沢翔平, 王丹, 和田雄二
  • 学会等名: 日本電磁波エネルギー応用学会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2010-11-18
• [学会発表] 電場・磁場分離したマイクロ波照射による選択加熱と反応促進 (2010)
  • 著者名/発表者名: 設楽昌史, 太田創之, 望月大, 和田雄二
  • 学会等名: 日本電磁波エネルギー応用学会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2010-11-18
• [学会発表] 磁性金属ナノ粒子の精密粒径制御 (2010)
  • 著者名/発表者名: 塚原保徳, 山内智央, 山田勝弘, 河野巧, 川端亮次, 和田雄二
  • 学会等名: 日本電磁波エネルギー応用学会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2010-11-18
• [学会発表] 金属ナノ触媒を用いた不均一反応系の構築 (2010)
  • 著者名/発表者名: 塚原保徳, 山内智央, 安田誠, 望月大, 馬場章夫, 和田雄二
  • 学会等名: 日本電磁波エネルギー応用学会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2010-11-18
• [学会発表] マイクロ波を用いた機能性無機化合物ナノ粒子の精密合成 (2010)
  • 著者名/発表者名: 和田雄二
  • 学会等名: 第48回粉体に関する討論会
  • 発表場所: 高松
  • 年月日: 2010-10-20
• [学会発表] マイクロ波を用いたナノ粒子合成とその応用展開 (2010)
  • 著者名/発表者名: 塚原保徳, 山内智央, 山田勝弘, 河野巧, 川端亮次, 和田雄二
  • 学会等名: 第48回粉体に関する討論会
  • 発表場所: 高松
  • 年月日: 2010-10-20
• [学会発表] マイクロ波駆動化学による固体ナノ触媒を用いた不均一反応系の構築 (2010)
  • 著者名/発表者名: 塚原保徳, 山内智央, 安田誠, 望月大, 馬場章夫, 和田雄二
  • 学会等名: 第106回触媒討論会
  • 発表場所: 山梨
  • 年月日: 2010-09-17
• [学会発表] マイクロ波加熱による酸化タングステンナノ粒子及び酸化タングステン-酸化チタンハイブリッドナノ粒子の合成 (2010)
  • 著者名/発表者名: 設楽昌史, 望月大, 和田雄二
  • 学会等名: 第106回触媒討論会
  • 発表場所: 山梨
  • 年月日: 2010-09-17
• [学会発表] 層状ケイ酸塩層間でのシクロメタル化イリジウム(III)錯体の合成と発光特性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 杉山元彦, 徐晨, 望月大, 和田雄二
  • 学会等名: 光化学討論会
  • 発表場所: 千葉
  • 年月日: 2010-09-10
• [学会発表] 有機-無機ナノハイブリッド材料の発光を用いた圧力センシング (2010)
  • 著者名/発表者名: 田村伸一, 望月大, 安武弘晃, 満尾和徳, 和田雄二
  • 学会等名: 光化学討論会
  • 発表場所: 千葉
  • 年月日: 2010-09-10
• [学会発表] シリカナノ空間に内包した色素の光物性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 望月大, 徐晨, 杉山元彦, 和田雄二
  • 学会等名: 光化学討論会
  • 発表場所: 千葉
  • 年月日: 2010-09-08
• [図書] 環境に貢献する最新触媒技術"マイクロ波より触媒を操る (2010)
  • 著者名/発表者名: 和田雄二、鈴木榮一、塚原保徳
  • 総ページ数: 4
  • 出版者: 化学工学
• [産業財産権] 炭化水素の製造方法 (2011)
  • 発明者名: 野本英朗、和田雄二、望月大, 外6名
  • 権利者名: 新日鐵化学、東京工業大学
  • 産業財産権番号: 特許・特願2011-53410
  • 出願年月日: 2011-03-10