日本ゼオライト学会 刊行物 Publication of Japan Zeolite Association

ISSN: 0918–7774
一般社団法人日本ゼオライト学会 Japan Zeolite Association
〒162-0801 東京都新宿区山吹町358-5 アカデミーセンター Japan Zeolite Association Academy Center, 358-5 Yamabuki-cho, Shinju-ku, Tokyo 162-0801, Japan
Zeolite 42(2): 63-68 (2025)
doi:10.20731/zeoraito.42.2.63

解説解説

マイクロ波照射によるゼオライト内イオンの原子レベル選択加熱Atomic-Scale Selective Heating of Ions in Zeolites Micropores under Microwaves

東京大学大学院工学系研究科化学システム工学専攻Department of Chemical System Engineering, Faculty of Engineering, University of Tokyo ◇ 〒113–8656 東京都文京区本郷7–3–1

受理日:2025年2月13日Accepted: February 13, 2025
発行日:2025年4月15日Published: April 15, 2025
HTMLPDFEPUB3

化学反応器の省エネ化を目指して,投入エネルギーから高い効率で化学エネルギーを取り出すプロセス(高いエクセルギーのプロセス)の開発は必然的な目標である。電極触媒系あるいは光触媒系は,触媒中の特定の電子・ホールの電気化学ポテンシャルを操作し反応を駆動させるため,理論的に高いエクセルギーを実現しうる。熱触媒系で高いエクセルギーを実現するためには,原子レベルの触媒活性点に対して選択的に熱エネルギーを投入する技術が不可欠となる。マイクロ波加熱は,固体触媒中における電気伝導性の高い金属ナノ粒子や,移動度の高いイオンなどに対して,選択的に作用してミクロスケールの局所高温場を形成することができる。筆者らは近年,ゼオライト触媒に対してマイクロ波を照射することで,その細孔内金属イオンが選択的に発熱し,原子レベルの局所高温場が形成することを見出し,触媒設計性および触媒作用について実証を行ってきた。本記事では,マイクロ波照射下でのin situ X線分析手法を基盤とする原子レベル選択加熱の実験的証明と,原子レベル選択加熱がもたらす触媒反応への効果について筆者らの近年の成果についてまとめ,ゼオライト構造制御に基づく原子レベル選択加熱の設計についての将来展望を示す。

To improve the energy efficiency of chemical reactors, it is essential to develop processes that can extract chemical energy with high efficiency from the input energy—processes characterized by high exergy. Electrocatalytic and photocatalytic systems can theoretically achieve high exergy because they drive reactions by manipulating the electrochemical potential of specific electrons and holes within the catalyst. In contrast, achieving high exergy in thermocatalytic systems requires a technology that selectively delivers thermal energy to catalytic active sites at the atomic level. Microwave heating can selectively interact with highly conductive metal nanoparticles and highly mobile ions within solid catalysts, thereby forming localized high-temperature fields at the microscale. In recent years, we have discovered that microwave irradiation of zeolite catalysts induces selective heating of metal ions within their micropores, leading to the formation of localized high-temperature fields at the atomic-scale. We have experimentally demonstrated the impact of this phenomenon on catalyst design and catalytic activity. In this article, we summarize our recent findings on the experimental validation of atomic-scale selective heating, based on in situ X-ray analysis techniques under microwave irradiation. Furthermore, we discuss the effects of atomic-scale selective heating on catalytic reactions and provide a future perspective on the design of selective heating at the atomic scale through zeolite structure control.

キーワード:マイクロ波;骨格外金属イオン;分子動力学計算;放射光分光;in situ計測

Key words: microwaves; extra-framework metal ions; molecular dynamics; synchrotron spectroscopy; in situ spectroscopy

This page was created on 2025-04-08T16:40:33.381+09:00
This page was last modified on


このサイトは(株)国際文献社によって運用されています。