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化学反応

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1: 2017/11/28(火) 03:18:56.11 ID:CAP_USER
〈発表のポイント〉

19世紀以来、化学者はアボガドロ数(10の23乗)個の分子の平均像から化学反応の速度を決定してきた。
今回、数十から数百個の分子の反応を調べるだけで速度と反応機構を決定できた。
一次元に並べた数十の分子の反応を逐次的に原子分解能顕微鏡で追跡して
「分子一つ一つはランダムだが総和を取ると一次反応速度式に従う」という量子力学理論の予測を実証した。
顕微鏡を用いて化学反応を記録し解析できることを実証した本成果は、従来の顕微鏡科学の常識を凌駕し、今後、化学、生物学、材料研究における超微量、超高分解能の構造決定の革新的分析手法として新たな研究分野および産業応用を切り拓くことが期待される。

〈発表概要〉

東京大学大学院理学系研究科化学専攻の中村栄一特任教授、原野幸治特任准教授、山内薫教授らの研究グループは、確率論的に起こる一つ一つの分子の反応挙動を顕微鏡で見ることで、その挙動が量子力学の理論の予測に合致することを初めて明らかにした(図1)。


ダブルスリット実験は電子の量子性を表す著名な実験である。
電子一つ一つは粒子としてランダムに挙動する一方で、波としての法則性も示す。
分子同士の反応も同様に挙動するものと予測されてきたが実験的証明はなかった。本研究では、化学反応がランダムに起きる一方で、統計的には一定の法則に従う、という量子力学的遷移状態理論の予測を実証した。

化学反応研究は19世紀以来、反応容器の中に入れたアボガドロ数(10の23乗)
個の分子の総量の増減(バルク実験)を追跡することで行われてきた。
今回、一次元に配列させた[60]フラーレン(注1)分子の反応を、分子一つ一つについて、温度を変えながら原子分解能電子顕微鏡(注2)で直接観察して、数十個の分子について積算した。

本成果を応用することにより、多数の分子の平均に頼る従前の研究手法では平均に埋もれてしまった微細な分子の動きに関する情報が獲得できるようになり、新しい化学反応の発見や、宇宙空間や地球内部など高エネルギー環境における反応モデルの提唱、さらには原油の接触改質などの工業スケール反応における高効率触媒の開発や合理的な化学反応プロセスの設計につながると期待される。


図1. 本研究の概要図
https://apps.adm.s.u-tokyo.ac.jp/WEB_info/p/pub/2762/image001_nakamura.jpg

続きはソースで

東京大学
https://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2017/5616/
ダウンロード


引用元: 【東京大学】量子力学が予言した化学反応理論を初めて実験で証明

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1: 2017/07/31(月) 23:21:01.67 ID:CAP_USER
ゾル-ゲル変化を自ら繰り返す、アメーバのような新物質を人工的に合成
- SF映画のように自律性を持って動く新たなソフトマシン開発の重要な手がかりに -
2017.07.13

東京大学
国立研究開発法人物質・材料研究機構

東京大学とNIMSの研究チームは、流動性の変化をひとりでに繰り返す、アメーバのような液体の人工合成に世界で初めて成功しました。

概要

生き物らしい「ソフトでしなやかな動き」は、ナノメートルオーダーの要素が複雑に相互作用を及ぼし合うことで実現されています。しかし、こうした自律挙動を人工的に再現するのは極めて難しく、これまでほとんど報告はありませんでした。今回、東京大学大学院工学系研究科の小野田実真大学院生、玉手亮多研究員、吉田亮教授、物質・材料研究機構の上木岳士主任研究員、東京大学物性研究所の柴山充弘教授らの共同研究グループは・・・

続きはソースで

本研究成果は、2017年7月13日に「Nature Communications」 (オンライン速報版) で公開されます。

▽引用元:国立研究開発法人物質・材料研究機構
http://www.nims.go.jp/news/press/2017/07/201707131.html

プレスリリース中の図4 : 高分子溶液がゾル-ゲル振動する様子の直接観測
(a)溶液の流動性が明確に変化し、ゲル状態 (0秒、56秒、109秒、162秒) では液体は固まってゲルになっているが、ゾル状態 (24秒、80秒、140秒、197秒) では流動性がある。
(b)この溶液を管の中に入れ、傾けて静置すると、ゾル-ゲル振動にあわせて溶液が動いたり止まったりする様子が観測された。
http://www.nims.go.jp/news/press/2017/07/hdfqf1000008yy1d-img/img_201707131.jpg

▽プレスリリース詳細(PDF) - pdf:451KB
http://www.nims.go.jp/news/press/2017/07/hdfqf1000008yy1d-att/p201707131.pdf
images
※画像はイメージで本文と関係ありません


引用元: 【物質】ゾル-ゲル変化を自ら繰り返す アメーバのような液体の人工合成に世界で初めて成功/東京大、物質・材料研究機構©2ch.net

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1: 2016/10/01(土) 17:35:53.85 ID:CAP_USER
低速多価イオンビームの太さを髪の毛の1/100に | 理化学研究所
http://www.riken.jp/pr/press/2016/20160927_1/
http://www.riken.jp/~/media/riken/pr/press/2016/20160927_1/fig3.jpg
低速多価イオンビームの太さを髪の毛の1/100に | 60秒でわかるプレスリリース | 理化学研究所
http://www.riken.jp/pr/press/2016/20160927_1/digest/


最近、がん治療において重粒子線治療が行われるようになりました。この治療では、重粒子(炭素イオン、C6+)線を光の速さの70%ぐらいまで加速させて照射し、体の深部にあるがんを攻撃します。これは重粒子の速度を調節して、がんの位置で重粒子が止まるようにすれば、がんのみを集中的に破壊することができ、周囲の正常細胞を傷つけにくいという性質を利用しています。これに対して、電子が極端に少なくプラスの電気を帯びた原子「多価イオン」を利用した「低速多価イオンビーム」は、標的物質の表面で止まり、物質を透過する力がほとんどない程度まで速度を抑えています。そして、高い化学反応性を生かし、1つの低速多価イオンで標的生体分子をソフトに切ったり電離させたりできます。

しかし、そのためにはビームの太さを1マイクロメートル(μm、1μmは100万分の1m)、つまり髪の毛の直径の1/100以下に細くして、微小領域にのみ安定に照射するという課題があります。これまで、細胞用実験に使用されるガラス製注射針(ガラスキャピラリー)をそのまま用いて、照射する技術開発が行われてきました。


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引用元: 【技術】低速多価イオンビームの太さを髪の毛の1/100に 静電気でビームを制御し安定供給を実現 [無断転載禁止]©2ch.net

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1: 2016/09/22(木) 21:50:58.55 ID:CAP_USER
水素分子の解離過程を8フェムト秒で制御 | 理化学研究所
http://www.riken.jp/pr/press/2016/20160920_4/
水素分子の解離過程を8フェムト秒で制御 | 60秒でわかるプレスリリース | 理化学研究所
http://www.riken.jp/pr/press/2016/20160920_4/digest/


水素分子(H2)は、水素原子(H)が2個結び付くことによって構成される最も簡単な構造の分子です。したがって、水素分子が水素原子2個に分離する過程(解離)は、最も簡単な化学反応と言えます。しかしこの解離過程は1種類ではなく、異なる解離過程を経て生じた水素原子は内部の電子の様子が異なり、それぞれ別の状態の水素原子として区別されます。最も簡単な化学反応であるにも関わらず、異なる解離過程を超高速で制御することはこれまで不可能でした。

このように分子の化学反応を制御する方法として、レーザー光を用いた手法が盛んに研究されてきました。これまでに可視光の数10フェムト秒(1フェムト秒は1000兆分の1秒、10-15秒)レーザー光を用いた制御方法が考案されてきましたが、光子エネルギーが低く(波長が長く)かつパルス幅の短縮が不十分であるといった問題がありました。

2015年に、研究チームは、3,000兆分の1秒という短い時間幅のパルスが並んだ「アト秒パルス列(APT)」(1アト秒は100京分の1、10-18秒)という特殊なレーザー光で水素分子をイオン化すると、水素分子イオン(H2+)が振動を始めるための準備時間が、従来考えられていた時間よりはるかに長いことを発見し、使用するパルスによってその準備時間を制御可能なことを示しました。

続きはソースで

ダウンロード (1)

引用元: 【技術】水素分子の解離過程を8フェムト秒で制御 極端紫外アト秒パルス光によるコヒーレント制御の幕開け [無断転載禁止]©2ch.net

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1: 2016/09/21(水) 17:59:33.27 ID:CAP_USER
採血せずに糖尿病を評価します!呼気成分から進行度を分析 (ニュースイッチ) - Yahoo!ニュース
http://headlines.yahoo.co.jp/hl?a=20160914-00010001-newswitch-sctch


東京医科歯科大が手法開発

 東京医科歯科大学生体材料工学研究所の三林浩二教授らは、息の中に含まれる微量の成分から、糖尿病の進行度の評価につながる手法を開発した。センサー中の酵素と呼気中の有機化合物「アセトン」との化学反応を利用し、20―5300ppb(ppbは10億分の1)の濃度範囲で呼気中のアセトンを測定できた。採血なしで、体の脂肪代謝の状態や糖尿病の進行度を調べる手法の開発につながる。

 糖尿病患者の呼気中には健常者よりも高濃度のアセトンガスが含まれ、また空腹や運動でもアセトン濃度が増加すると報告されている。

 研究チームは、「2級アルコール脱水素酵素(S―ADH)」がアセトンと反応する際、蛍光物質「還元型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NADH)」が減少し蛍光が弱まることに着目した。

 紫外線発光ダイオード(UV―LED)と光電子増倍管からなる検出器に、S―ADHを固定化した膜を取り付けた。同膜上でのNADHの蛍光強度が減少し、そこからアセトン濃度を見積もる仕組み。

 20―80歳代の健常人の男女100人について呼気を採取し実験した。食後10―20時間以上たった空腹状態の健常人で呼気中のアセトン濃度を調べると、食後5時間未満の健常人と比べ呼気中のアセトン濃度が1・6倍であることが分かったという。

 さらに30分間の自転車のペダル踏み運動を行ったところ、呼気のアセトン濃度が平常時より約30%上昇し、その後1時間半程度で運動前のアセトン濃度に徐々に戻ることを確認した。

 成果は14日、北海道大学で開催する日本分析化学会で発表される。

 
ダウンロード (4)

引用元: 【医療技術】採血せずに糖尿病を評価します!呼気成分から進行度を分析 [無断転載禁止]©2ch.net

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1: 2016/09/07(水) 12:22:17.72 ID:CAP_USER
<燃料電池>発電効率3倍に 耐性も向上 山梨大が触媒開発 (毎日新聞) - Yahoo!ニュース
http://headlines.yahoo.co.jp/hl?a=20160831-00000024-mai-sctch


 山梨大は、燃料電池の性能を飛躍的に引き上げることに成功したことを明らかにした。化学反応の効率を最大で約3倍高める触媒を開発した。研究グループの内田裕之教授(61)は「将来、これを積んだ燃料電池が世界標準になる可能性がある」と話し、実用化に向け研究を進めている。【松本光樹】

 燃料電池は水素と、空気中の酸素を反応させて電気を起こす仕組み。排出するのは水だけという「クリーンエネルギー」として期待され、トヨタ自動車などが燃料電池車の販売に乗り出したほか、発電・給湯に使う「エネファーム」が家庭に普及してきている。

 燃料電池の発電効率を上げるカギは、水素から電子を取り出すために使う触媒の性能。主に白金を使うが、発電を繰り返すと化学反応の効率が落ちてしまう。水素燃料に混じっている一酸化炭素(CO)が白金の表面にくっつき、働きを妨げてしまうためだ。

 山梨大のクリーンエネルギー研究センターが開発したのは、COが吸着しにくい特性を持つ新しい触媒。白金の原子の層で、白金とコバルトの合金を包む構造の触媒を作ったところ、従来に比べて反応効率を最大で約2倍引き上げることに成功した。さらに、同じ構造でコバルトの代わりに鉄を使った触媒は最大で約3倍、反応効率が向上。COへの耐性も上がった。

 水素燃料はCO濃度に厳しい基準が課せられるため値段が高い。しかし、この触媒なら基準を緩められるため、燃料の価格を下げる効果も期待できる。内田教授は「ガソリンにたとえれば、ハイオクをレギュラーに切り替えるくらいの意味がある」と説明する。

 研究センターは、こうした成果を米ハワイで10月に開かれる国際学会で発表する。

 
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引用元: 【触媒科学/エネルギー技術】<燃料電池>発電効率3倍に 耐性も向上 山梨大が触媒開発 [無断転載禁止]©2ch.net

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