JEMEA Journal Vol.5 (2021.12)

解説論文
マイクロ波加熱を利用するメタン直接分解反応
Direct Methane Decomposition using Microwave Heating
宮越 昭彦 1 、石丸 裕也 2*、長谷川 舞 2*、吉谷 志都岐 3*、小寺 史浩 1
Akihiko Miyakoshi, Hiroya Ishimaru, Mai Hasegawa, Shizuki Yoshitani, Fumihiro Kodera
1. 旭川工業高等専門学校物質化学工学科、2. 北海道大学大学院総合化学院、
3. 北海道大学大学院環境科学院
1. 〒071-8142 北海道旭川市春光台 2-2-1-6, 2. 〒060-8628 北海道札幌市北区北 13 条西8 丁目, 3. 〒060-8628 北海道札幌市北区北 10 条西 5 丁目,
1. Department of Materials Chemistry, Asahikawa National College of Technology, Shunkodai 2-2-1-6, Asahikawa, 071-8142,
Japan
2. Graduate School of Chemical Sciences and Engineering, Hokkaido University, Kita 13, Nishi 8, Kita-ku, Sapporo,060-8628, Japan
3. Graduate School of Environmental Science, Hokkaido University, Kita 10, Nishi 5, Kita-ku, Sapporo, 060-0810, Japancorresponding author*, e-mail address: miyakosi@asahikawa-nct.ac.jp
キーワード: マイクロ波加熱、メタン直接分解、水素製造、ニッケルカーボンナノオニオン
Keywords: microwave heating, direct methane decomposition, hydrogen producing, Ni-carbon-nano-onion
Abstract
The development of a direct methane decomposition process has been studied by combining a microwave heating reactor witha catalyst. The catalyst consisted of five layers: SiC layer as a susceptor to absorb microwave, and a layer consisting of a physicalmixture of Ni, HZSM-5 zeolite and Mo2C as a catalyst for methane decomposition. Under microwave irradiation, the catalyst
activity was maintained for 80 hours. The key substance for catalytic activity is formed Ni-CNO; Ni-carbon nano-onion, which isgenerated by the interaction of carbon species during methane decomposition and Ni particles. In this paper, the functions of NiCNO are described from the viewpoint of catalysis and energy supply.
1. 緒言
2015 年に合意されたパリ協定以降、世界各国では一脱炭素化を前面に押し出して「2050 年カーボンニュー段と厳しい温室効果ガスの排出規制を打ち出している。

トラル」を掲げている。これらの実現には既存技術には我が国では 2021 年 4 月に温室効果ガス排出削減目標無い再生可能エネルギーや新エネルギーに特化した技を従来の 26%から最大 46%(2013 年比)に引き上げた。

術が不可欠である。また、こうした地球環境を維持する

また同時にクリーンなエネルギー施策を展開すべく、技術は、すでに次世代産業の覇権を占う要素になりつ29

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つあり、世界各国で熾烈な開発競争に発展する様相をこの点については、他者の論文から適宜、引用しながら呈している。再生可能エネルギー分野では欧米がリー説明を加え、MW 波の特性を専門的に携わっている

ドしており、わが国では技術立国としての立ち位置を方々に内容が伝わるように工夫した。

維持するために、新しい基盤技術の登場が切望されている。

2.マイクロ波加熱－メタン分解反応装置

このような機運の中で、CO2 に次いで地球への温室

2-1. マイクロ加熱反応装置

効果が高いメタンガスを直接的に変換させる熱分解反本研究では、主にマルチモード型 MW 発振装置（四応（CH4 → 2H2 + C）が注目されている。これは生成

国計測工業，μ-Reactor Ex, マグネトロン発振，2.45

水素をエネルギーキャリヤに利用でき、直接的にはGHz, 最大発振電力 1kW）を反応器に使用した(Fig. 1)。

CO2 を副生しないことが特徴である。この反応は中程反応器のアプリケータ内に直径 30mmφの石英製反応度の吸熱反応（76 [kJ/mol]）であり、メタン分解を直管(後述の触媒を充填)を設置し、メタンを反応管の上部接行うと 1000℃以上を要するが、適切な触媒の使用にから導入してダウンフローで触媒層を通過させた。触より 400℃程度にまで反応温度を低減させることがで媒層温度はアプリケータに設置した横穴を通して放射きる。そのため、多くの研究者が開発を推し進めてきた温度計（ジャパンセンサー製）で計測した。なお、MW[1]。本稿で取り上げるマイクロ波(MW)を利用するメ発振装置には、放射温度計の温度を基準に制御するモタン直接分解も世界的に展開されており、とりわけ中ードと MW 発振電力を固定化させるモードがあり、通国では重要推進テーマの１つに選定されたことで報告

常は後者（450 W 一定）で実施した。反応成分の定量例が多い。

は、未反応メタンおよび生成ガスについて、反応管にオメタン直接分解の課題は、分解効率もさることながンライン接続したガスクロマトグラフ装置（TCD 検出ら、メタン分解炭素による触媒劣化である。メタン分解器，FID 検出器）で行った。今回紹介する実験データに優れるほど、副生する原子状炭素が触媒表面に蓄積において、検出ガス成分はメタン未反応分と水素であし、触媒上にある活性点の失活を助長させる。このカーり、CO や CO2、エタンやエチレンなどの成分は未検出

ボン被覆による失活現象、いわゆるコーキングが不可あるいは 1mol%未満であった。

避なため、触媒分野では長い間、工業的に困難な反応と2-2. マイクロ加熱反応用触媒
我々の触媒の特徴は、メタン分解触媒層と MW を吸されてきた。
前段が長くなったが、本稿では著者らが開発した

収して加熱するサセプター層を合計 5 つの階層構造に

MW 加熱を利用するメタン直接分解の研究を紹介し、分け、石英管内に設置させる点である[2]。触媒層と触とくに触媒のニッケル(Ni)とメタン分解により生成し媒装置の模式図を Fig. 1 に示す。

た炭素との複合体であるニッケルカーボンナノオニオン（Ni-CNO）の機能を解説したい。Ni-CNO の機能性は MW を利用する化学変換やエネルギー素材への応用など未開拓領域のヒントを示唆していると思われる。
メタン分解反応に関しては、Ni-CNO が触媒活性や耐久性(触媒寿命)を左右するだけではなく、触媒反応にかFig. 1

Schematic diagram of the MW assisted-

かるエネルギー供給媒体としての役割を担うことが明methane decomposition system and catalyst setting.

らかになった。本稿では鍵物質である Ni-CNO の特性について実験データを交えながらその根拠を述べる。

もし、触媒とサセプターを混合して単一相で仕込む

なお、著者らは MW 反応器を利用して実験を行っていと、サセプターである SiC と触媒を構成する Ni 成分

るが、専門的見地からのマイクロ波の作用や触媒に与の固相反応が進行して合金が生成する。Ni-Si 合金はえる事象について議論し得るデータや経験が乏しい。

MW 吸収性に乏しく、触媒層温度を下げるほか、Ni の30

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炭素固定化能を妨げることになる。詳細は既報で報告

属種がある程度の炭素を固溶させる性質をもち、そこした[2]。に高いエネルギー場とあまり炭素濃度が高くない炭化メタン分解触媒は金属ニッケル（粒径 150 μm 以下，水素の存在で形成するとされる[3]。

和光純薬）と H 型 ZSM-5（SiO2/Al2O3 比＝23，東ソオニオン体の形成機構には諸説[3,7,8]あるが、初めー）、さらに炭化モリブデン（Mo2C，和光純薬）を所定に炭化水素が分解され、生成した原子状炭素がニッケ量採取して、自転・公転ミキサー（シンキー）で 1 時

ル等の金属格子内に侵入して固溶体になる。さらに金間混合した後にプレス成型し、触媒粒が反応管径の属格子内の炭素固溶量が限界を超えると今度は金属粒1/10 以下のサイズになるよう調整した。このメタン分子の周囲を辿って、原子状炭素が金属外表面を覆うよ解層は上から第 1 層、第 3 層、第 5 層になるよう配置うに堆積し始める。これが幾重にも逐次的に積層化すした。一方、サセプター成分はβ型 SiC（SICAT）をメることでオニオン構造に至る。核となる金属粒子の外タン分解触媒の場合と同様にプレス成型を経て、粒径形が球状の場合は、炭素層も球状に近く、金属外形が多を調整したものを使用した。このサセプター層は第 2角形の場合は、その形状に合わせて多角形の炭素層が層と第 4 層に位置させた。

構築される。曲率の高い部分や多角形の頂点に相当する部位には、炭素五員環など六員環以外の炭素環が配3. メタン直接分解反応置することで球形に近い形が維持されると考えられて3-1. Ni-CNO の特徴いる[3]。

まず Ni-CNO の特徴を紹介したい。Ni-CNO は Ni

我々はニッケルの代わりに鉄やコバルトを成分とし粒子の周囲におよそ 200 から 500 層の同心球状炭素がて含む触媒でもオニオン構造が得られることを確認し重なる構造を持つ。Fig. 2 に我々のメタン分解実験でた[9]。様々な金属への炭素固溶エネルギー値は古く、回収された Ni-CNO 試料の透過型電子顕微鏡写真

大 阪 大 学 の 藤 田 ら が 試 算 し て い る [10] 。

（TEM 像）を表す。

Fig. 2 TEM images of Ni-CNO.
このように金属を核種とするタマネギ様の炭素複合体はニッケルのほか、鉄やコバルトなど幾つかの金属で報告されている[3,4]。金属－CNO は MW 加熱に限Fig. 3らず、高温電気炉やアーク放電を用いた方法、さらには

The relationship between energy for

水中で MW を照射させる方法など多くの報告がある

forming a solid solution of carbonaceous and catalytic[4-6]。金属オニオンの生成条件としては、核になる金

activity for methane decomposition.
31

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この固溶エネルギー値（この値が大きいほど炭素が溶解し難い）と我々が各種金属を触媒成分として MWメタン分解を行った場合の活性値（実際には水素収率の逆数を縦軸値に採用）の関係は Fig. 3 に見られるように高い相関性がある。
なお、メタン分解触媒として炭素体に着目した研究例も多く、Muradov らはグラファイトや活性炭、カーボンナノチューブ（CNT）等、評価した炭素体の中でフラーレン C60 / 70 が顕著なメタン分解率を示すことを見出した[11]。さらに近年、Tokunaga ら名古屋大学のチームがフラーレンの活性化エネルギーや X 線光電子Fig. 4分光（XPS）の結果に基づいて、フラーレンの曲面形成

temperature in long time test.

The changes of H2 yield and catalyst bedに不可欠な炭素五員環（あるいは七員環）の炭素がメタン分子の吸着や分解に関与し、吸着したメタン分子にたりから H2 収率は単調に下がる傾向が認められ、4800

対して p 電子のπ－π*電子の遷移を促すと説いてい分では活性が 10％にまで低下した（失活期）。以上のよる。また、フラーレンと同様に同心球型の多層炭素につうに、触媒活性は大まかに誘導期－安定期－失活期といても、高いメタン分解作用があると予測した[12]。こ一般的な触媒の経時劣化と同様の経過を辿ることが分れらによりメタン分解に有効な炭素種は、通常の芳香かった。なお、メタン分解は第 1 層と第 3 層の寄与が環構造内に炭素五員環のような電子密度が異なる部位大きく、第 5 層はメタン分解による回収炭素は少なかが構造内に組み込まれる物質であり、それが反映されった。第 1 層と第 3 層では、メタン濃度や MW 吸収にる形として球状構造など曲率が高い炭素の構造体が候よる発熱度の違いから、反応の進行に伴いメタン分解補になる。また、これらの説は我々の Ni-CNO がメタに係る活性構造が異なることが予想される。この点はン分解に有効とする事実を後押しするものとなった。

3-3 項で見解を述べる。

さらに、この“球状”炭素は、MW によるメタン分解加えて、触媒再生については CO2 を酸化剤としてのエネルギーを確保する点でも好ましい条件を備える。

CNO 層を MW 加熱下で酸化処理（C + CO2 → 2CO）この点については次項で説明する。

すると復活する[9]。この CO2 による再生処理は、紙面3-2. 反応経時における分解活性変化と MW 照射の関係の関係で割愛させて頂くが、CNO 層を薄くすることでFig. 4 は Ni－HZSM-5－Mo2C＋SiC（SiC：サセプ分解活性が復元することは確かである。

ター）触媒を 4800 分（80 時間）メタン分解（CH4：Fig. 4 下段の触媒層温度のグラフに注目頂きたい。

50 [ccm], GHSV：113 hr-1, MW 出力：450 W）を実施

これは“MW 加熱ならでは”の特性がみてとれる。反応したときの水素収率（H2 収率，上段）である。そして、開始から 400 分まで MW による発熱は SiC 層（L2 層）

下段には、触媒やサセプター層の第 1～第 3 層を放射が優先的であるが、反応進行と共に強熱される部位は温度計で測ったときの経時変化を表す。これは 1 日にNi が含まれる触媒層へと移行することが確認された。

つき連続 5 時間のメタン分解を行い，半日時間をおいさて Ni を含む第 1 層と第 3 層でも温度履歴が異なる。てメタン分解を再開するサイクルで合計 16 回の分解

第1層は原料メタンに初めに接触する触媒層であるが、試験を行った。

触媒層温度は 500 分まで緩やかに上昇し、一度 1000 分

H2 収率は反応開始から 300 分では、触媒活性が徐々位で温度が下がるが、再び 500℃程度に落ち着く。とくに増加し（誘導期）、325 分から 2300 分の間は H2 収率に第 1 層では互いに近い計測時点でも温度差が生じやにやや高低があるものの 80 mol％程度を維持しながらすく、他の層よりも加熱挙動にムラが生じやすいこと

活性は安定した（安定期）。さらに 2300 分を越えたあが確認された。
さらに第 3 層では反応開始から 1000 分
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までは、ほぼ第 1 層に追随する形で温度が上昇し、さでは第 1 層でのメタン分解により、水素リッチなメタらに 650 分から 1500 分までの間に凸型の温度ピークンに接触することになる。そのため 1500 分程度まで長を描いた後に、徐々に温度が低下した。この凸型の温度

く Ni-CNO の形態を保つことができる。Fig. 5 に第 1履歴は MW-メタン直接分解に認められる特徴的なパ層と第 3 層における形状変化を模式的に表した。

ターンである。これは、前述の CO2 による触媒再生処

なお、この形状モデルは回収試料の空気下における理後のメタン再試験時においても、同様の凸型ピーク

熱重量示差熱分析（TG/DTA）の結果を加味したものでが現れる。

ある。MW 加熱下での炭素は回収部位に関係なく、電なお、これら各層の温度に関して、触媒層温度を表す気炉等の輻射熱媒体の反応で得られるコークよりも高絶対的な数値としては、ほとんど意味をなさない。本結温での発熱ピーク（炭素燃焼ピーク）が認められた。こ果は各層の発熱性の違いを相対的に表す指標として認れはメタン／アルゴンガス（無触媒）条件下で MW プ識する必要がある。
例えば、第 3 層が最も高温（595℃）

ラズマによりメタン熱分解した論文[13]に記載されたになる 875 分において、目視では触媒層の内部が赤熱カーボン種の TG/DTA データとよく一致した。即ち、する様子が観察された。電気炉でヒータ線が赤熱する

MW 下では炭素六員環網面の配向性が高く、黒鉛化がイメージとすれば 700～800℃に相当する発色である。

進みやすいことを示唆した。

875 分での H2 収率は 90％であり、熱力学的なメタン／水素の平衡値から H2 割合で 90%を達成するには800℃以上が必要になる。赤熱の様子を踏まえると、触媒層内部の温度は 800℃相当の温度環境にあると推測される。このように放射温度計で計測される触媒層温度は触媒外表面の温度を局所的に捉えたにすぎず、触媒層内部での強い発熱が伝搬された数値であることに注意しなければならない。ただ前述のように、放射温度計による計測結果は、触媒層の絶対的な温度環境を表す数値とは言えないまでも、触媒層間での MW 吸収性の違いやその経時変化を対照させる上で重要な情報となる。
3-3. メタン分解構造の経時変化
前項ではメタン分解を主に担う第 1 層と第 3 層の温度変化の違いを述べた。本項では、メタン分解構造の変化の関係性にも触れる。Fig. 4 の H2 収率グラフには、第 3 層から回収した触媒試料の TEM 像を付した。１つは触媒反応開始後 540 分、もう１つは 3000 分（いずれも別実験でメタン分解を行い、所定時間反応させた後に第 3 層のカーボン層を回収して TEM 観察した）の試料である。540 分の段階では、触媒中の Ni がメタ

Fig. 5 Model diagram of structural change of carbon

ン分解炭素と複合し、Ni-CNO 構造が確認された。第species and active structure of Ni-CNO.

1 層にも初めは Ni-CNO が形成されるが、原料メタンが常に供給されるため、分解炭素の蓄積が滞ることがL1 層は、結果的に黒鉛化した炭素や、黒鉛化度が不なく、過剰な炭素分が Ni-CNO よりも CNT やアモル足しているが、CNT やナノファイバー状カーボンの存ファスに近い炭素体となって蓄積する。一方、第 3 層

在が DTA 分析で確認された。
L3 層は Ni-CNO と CNT
33

JEMEA Journal Vol.5 (2021.12)やナノファイバー状のカーボンが示された。L1 層ではNi-CNO で構成された触媒層である。これは、メタン早期に Ni-CNO の凝集と黒鉛化が進行するため、メタ分解炭素（五員環炭素）と、ホットスポット点の両方でン分解に有効な炭素活性点がエッジ部などの部位に限有利と考えられる。

定されると推測される。L3 層では、Ni-CNO を中心に3-4. ゼオライトの機能
メタン分解には Ni-CNO の他に HZSM-5 の酸性サ

曲率平面にある炭素サイトが多く存在しメタン分解をイトによる寄与がある。Victor らは SiO2/Al2O3 比の異反応の長期にわたり担うと考えられる。
とくに L3 層では Ni-CNO が比較的長時間にわたりなる HZSM-5 ゼオライトを用いて MW 照射下でメタ保持できるため、触媒層温度の維持でも有利である。

ン分解を検討した。彼らは SiO2/Al2O3 比が少ないゼオ

MW 加熱特性に“ホットスポット”の形成がある。

ライト、即ち、ブレンステッド酸性が強い HZSM-5 が本例の場合は個々の Ni-CNO 粒子が接触するかどう高い活性をもち、それは電気炉で反応させた場合よりかの近接した位置においてホットスポットが生じるとも MW 下の方が HZSM-5 の細孔内にある酸性サイト推測される。ホットスポットは MW 印加により Ni-を活かすことができることを証明した[15]。

CNO 粒界間に電磁波の集中点が発生したと捉えるこ

我々の実験でも、SiO2/Al2O3 比が小さい HZSM-5 をとができる。

適用すると触媒反応の誘導期を短縮でき、早くメタン分解活性が安定化する（Fig. 6）。H2 収率に関する Ni-

一般的にホットスポットは、MW による熱制御を暴走させる要因となり、MW を応用する化学反応には好ましくないとされる。これらは、Horikoshi らが精力的に検証し、有機溶媒中に金属触媒を分散させた系を中心に成書にまとめている[14]。
なお、
本反応については、メタン分解の進行と共に Ni-CNO が形成されるため、ホットスポットも反応進行と共に増える経過を辿る。
このため急に熱暴走する特性は緩和された状態にある

Fig. 6 Comparison of H2 yield using HZSM-5と推測される。

with different Si/Al ratio as a catalyst.

我々はホットスポットの形成を実証できていないが、Reac. Temp. : 823 K, CH4 Flow Rate : 50 ccm

Ni-CNO の凝集や触媒層の加熱挙動から、Ni-CNO の形成時にホットスポットの発生数が最大になると仮定

CNO と HZSM-5 の寄与の割合は、反応温度が低い場

すれば、L3 層での凸型温度帯の出現が理解できる。た合では HZSM-5 の影響が大きく、触媒層温度が 600℃だ、CNT など長鎖状の構造体が徐々に成長すると、以上に到達すると、8 割程度が Ni-CNO の作用に依るMW のアンテナ効果により MW 印加点が散逸し、触媒と予測される。これは、Ni を添加した触媒と Ni 無添層温度は下降を辿る。それでもメタン分解エネルギー加の触媒とで活性比較した結果に基づく見解である。

が維持できる限界までは、L3 層には Ni-CNO が多くなお、Mo2C の添加はメタン吸着を促す効果があり、存在するため、メタン分解性は保持される。L1 層は、1wt.%が最適である。

逐次的に新しいアモルファス炭素が析出し、MW の吸収効率を高めることで触媒層温度が維持されるが、黒4. マルチモード反応器における炭素種の加熱性鉛化の進行と共にメタン分解点が減少する。Fig.4 の

本項ではマルチモード型反応器における炭素系物質

4200 分以降の L1 層温度データと H2 収率の関係が、の加熱特性を紹介したい。
Fig. 7 は石英製反応管にβ-SiC を充填（8.2 mL）し、それを反映している。
以上により、メタン分解活性は L1 層と L3 層の炭素MW 発振を 100W から 1000W まで 100W 毎に出力を形状如何により、H2 生成量や触媒耐久性に影響をもた上げて照射し、試料温度を放射温度計で測定したものらす。現時点では難しいが、理想的なメタン分解構造は、である。なお、温度計測にあたっては、測定部位を目測

34

JEMEA Journal Vol.5 (2021.12)で 6 分割（P1 点～P6 点）し、1 つの部位につき 5 度測定して求めた平均値を記した。放射温度計は反応器の電力制御用とは別に、試料温度測定用を準備した。

Fig. 8 The difference of heating property of Ni-CNOand CNT with MW power.
Ni-CNO と CNT はいずれも SiC より高い MW 吸収－
発熱作用があるため、触媒層温度が高く保持されたと考えられる。Ni-CNO は強磁性体の Ni が核部に存在し、電場と磁場、双方の加熱機構が影響している可能性がある。また、Ni-CNO 自体の発熱特性も凝集の度合や個々の粒径に少なからず影響されると推測される。
粒径や凝集を制御して規格化できるならば、良質なFig. 7 The temperature of β-SiC for MW power.

MW 加熱材としての応用が期待できる。最近、和田、
本測定の意図はサーモグラフィーと同じであるが、椿らによる白金／アルミナ系触媒における MW 印加の温度を実測することで試料や触媒にかかる MW エネル

局所的な加熱影響を精密検証した例[16]があるが、このギーを具体的に推定できる。

ような高精度の検証手段が確立されることで、集合体

なお、MW はアプリケータ奥の背面部から照射され、としての MW 加熱特性だけでなく、ホットスポットの発振部が回転しながら MW 加熱の均等化が図られる。

ような局所的に発生するエネルギー点の理解や応用が

ただ、SiC 試料に限らず、Ni-CNO、CNT(市販品)、グ進むと思われる。本項ではマルチモード反応器によるラファイトなど、種々の炭素系試料を試したが、いずれ加熱特性を紹介したが、予め加熱装置の熱分布の偏差も正面左下部(P6 点)が高温になり、右上部（P1 点）がを把握することで、新触媒の実験やスケールアップを低温になる傾向は変わらなかった。各発振出力に対す図る際の問題点を具体的に検証することができる。

る加熱度合いは部位で異なるが、近似線に対する R2 値
5. まとめは 0.70 から 0.98 の範囲で相関がある。
Fig. 8 は Ni-CNO（●，〇印，実験回収品）
や CNT(■，ここまで MW を利用するメタン熱分解反応の研究事□印，市販品) について、それぞれ別個に Fig.7 と同様例を述べてきた。本稿では MW 加熱とメタン分解触媒の方法で加熱特性を調べ、P1 位置と P6 位置についての特徴に主眼を置いたため、CO2 による触媒再生や結果をまとめたものである。なお、前述のβ－SiC（▲，MW 発振電力の省エネルギー化を図った触媒開発の事△印）も参考として記載した。

例など、MW 特性によって発現したいくつかの興味深い結果を紹介しきれていない。この点は、他の論文や次

Ni-CNO と CNT は似た温度特性を示し、P6 位置となる執筆機会に紹介したいと考えている。

P1 位置の温度差は SiC よりも大きくなった。前項におメタン直接分解に関しても、まだ未解明の部分が残いて、第 1 層と第 3 層の加熱性の違いを説明したが、35JEMEA Journal Vol.5 (2021.12)
されている。本例における MW 加熱でもたらされる最２. 宮越昭彦，ケミカルエンジニアリング 59, No8,(2014) 596-606

大のメリットは、“カーボンを原子レベルで緻密でかつ規則的な周期構造（高次な配向構造）に制御できること”

３. C. He, N. Zhao, C. Shi, X. Du, J. Li, Materialsにあると考えている。メタン分解の鍵はコーキングのChemistry and Physics 97 (2006) 109-115

抑制である。オニオン構造として Ni に配向性の高い炭

４. R. S. Ruoff, D.C. Lorents, B. Chan, R. Malhotra,
S. Subramoney, Science 259 (1993) 346.

素形態で固定できれば失活を回避できる。これは炭素質劣化が問題となる他の触媒反応においても MW 加熱

５. D. Ugarte, Nature 359 (1992) 707．

が有効であるに違いなく、あとは幾多ある条件や触媒

６. W. de Heer, D. Ugarte, Chemical Physics Letter
207 (1993) 480.の選定、そしてセッティング次第になる。加えて、カーボンの強い MW 吸収性を利用して効率的に熱エネルギ

７. R. Hu, T. Furukawa, X. Wang, M. Nagatsu,
Carbon 110 (2016) 215-224.

ーに変換できる点も新たなエネルギー利用の観点から

８. J. Kang, J. Li, X. Du, C. Shi, N. Zhao, P. Nash,

期待がもてる。おそらくは、各種炭素体における表面炭素の電子密度を定量化する方法や異原子の導入技術をMaterials Science and Engineering A 475 (2008)

開発できれば、コーキング対策や省エネルギー化、活性136-140.

点構造を担う炭素種の設計、の条件が揃うようになる。

９. 宮越昭彦、小寺史浩、水素エネルギーシステム(HESS 誌) Vol.44, No.1 (2019) 20-26.

そうすれば、今、世界が直面しているゼロカーボンに関する課題を一気に解決へと導ける地点に近づく感覚す

１０.

藤田英一、日本金属学会会報、第 6 巻、第9 号 (1967) 647-656.

ら憶える。
真の鍵物質が「炭素」であることは疑うべくもないが、

１１.

N. Muradov, Catalysis Communications,

2 (2001) 89-94.

炭素構造の形態やその変化で“毒にも薬にもなる”。この炭素構造を御しやすい加熱法は、電気炉等の輻射的

１２.

T. Tokunaga, K. Kuno, T. Kawakami, T.

な熱伝播の利用では難しく、MW のように電磁波が局Yamamoto, A. Yoshigoe, International Journal of

所に集中できる特性でこそ適う。そのような観点で電Hydrogen Energy 45 (2020).

磁波エネルギーの活用を見直すことができれば、新し

１３.

M. Singh, A. Sengupta, K. Zeller, G.

Skoptsov, R. L. V. Wal, Carbon, 143 (2019) 802-

い化学反応ルートの開拓が実現できると思われる。

813.

紙面の関係で紹介できなかったが、Ni-CNO を燃料電池等の電極材や水分解触媒として応用する研究が進

１４.

堀越 智編著、マイクロ波化学、三共出版(2013).

展しつつある。こちらは既報[17,18]をご覧頂きたい。
最後に本研究に携わる者とすれば、新しい MW 応用

１５.

V. Abdelsayed, D. Shekhawat, R. S.

Tempke, Catalysis Today 365 （2021）89－102.の化学技術は、化学反応の初めからではなく、反応途中で形成される MW 吸収物質にこそ、実用化の鍵を握る

１６.

T. Ano, S. Tsubaki, A. Liu, M. Matsuhisa,

素材が潜んでおり、こうした着眼点で探索すれば、これ

S. Fujii, K. Motokura, W.-J. Chun, Y. Wada,

までにないエネルギー素材や電磁波を利用する新しい

Communication Chemistry, 3, 86 (2020).

化学反応が見つかるはずである。また MW 利用する化

１７.

F. Kodera, N. Yoshida, M. Inoue, M.

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JEMEA Journal Vol.5 (2021.12)
Manuscript received:

Jul. 26, 2021

Revised:Aug. 26, 2021

Accepted:

Oct. 4, 2021

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