2023年度 学院等開講科目 物質理工学院 応用化学系
応用化学実験（専門）第一
- 開講元
- 応用化学系
- 担当教員
- 田中 克典 / 村橋 哲郎 / 山中 一郎 / AMBARA RACHMAT PRADIPTA / 福井 智也 / 田中 浩士 / 榧木 啓人 / CATTI LORENZO / 山本 雅納 / 松井 直喜
- 授業形態
- 実験等 (対面型)
- メディア利用科目
- -
- 曜日・時限
(講義室) - 月5-8 (M-107(H113), M-103(H114), M-102(H115)) / 火5-8 (M-107(H113), M-103(H114), M-102(H115))
- クラス
- -
- 科目コード
- CAP.A301
- 単位数
- 002
- 開講時期
- 2023年度
- 開講クォーター
- 3Q
- シラバス更新日
- 2025年7月8日
- 使用言語
- 日本語
シラバス
授業の目的（ねらい）、概要
[講義の概要] 本講義では、無機材料の合成と機能を化学実験を通して教授する。具体的には、二つのテーマ「メタノールの水蒸気改質による水素の生成と水素燃料電池の駆動」と「メタノールによるトルエンのメチル化」について実験を行うことによって、無機材料を合成法、触媒の担体や分子ふるいとしての機能、無機材料の研究に必要な基礎実験技術、活性化エネルギーの導出法、ゼオライトにおける形状選択性、反応経路の解析法を教授する。
[講義のねらい] 本講義では、講義として学習した物理化学、無機化学、触媒プロセス化学などの内容について、実験を通して理解度を高める。また、実験操作技術を修得し、実験条件を変えた結果を共有することで議論・考察を深め、「課題発見・解決力」を強化する。これらの実体験を通して最先端の化学研究と実験授業とのギャップの解消を図る。
到達目標
本講義を履修することによって次の能力を修得する。
(1) 無機固体材料を調製、分析、評価できる。
(2) 物理化学的概念である反応速度や活性化エネルギーが説明できる。
(3) 燃料電池を駆動させることを通して、エネルギー効率など電気化学的概念について説明できる。
(4) 実験結果を論理的に解析し、説明できる。
キーワード
多孔体材料、固体触媒、燃料電池、活性化エネルギー、形状選択性
学生が身につける力
- 専門力
- 教養力
- コミュニケーション力
- 展開力 (探究力又は設定力)
- 展開力 (実践力又は解決力)
授業の進め方
本講義では、「メタノールの水蒸気改質による水素の生成と水素燃料電池の駆動」と「メタノールによるトルエンのメチル化」の二つのテーマについて、それぞれ実験の概要について講義、実験、解析、結果の発表を行う。
授業計画・課題
| 授業計画 | 課題 | |
|---|---|---|
| 第1回 | 実験概要説明 | 固体触媒反応，燃料電池について説明できる。 |
| 第2回 | 銅担持メソポーラスシリカ触媒の調製 | 固体触媒の調製ができる。 |
| 第3回 | 銅担持メソポーラスシリカ触媒の分析実験(X線回折、窒素吸着、電子顕微鏡） | 固体材料の分析ができる。 |
| 第4回 | 銅担持メソポーラスシリカ触媒の分析データ解析 | 分析結果を評価できる。 |
| 第5回 | 触媒を用いたメタノールの水蒸気改質による水素生成反応 | 気相の流通系反応装置を使用できる。 |
| 第6回 | 水蒸気改質による水素生成反応の温度依存性（アレニウスプロット） | 反応結果から活性化エネルギーを算出できる。 |
| 第7回 | 水蒸気改質による水素生成反応の触媒担持量依存性 | 触媒の活性評価ができる。 |
| 第8回 | 水素燃料電池の作製 | 燃料電池の構造が説明できる。 |
| 第9回 | 水素燃料電池の駆動とエネルギー効率 | 実験結果からエネルギー効率を算出できる。 |
| 第10回 | トルエンのメチル化反応用ゼオライト触媒の調製 | ゼオライト触媒を調製できる。 |
| 第11回 | トルエンのメチル化反応の触媒粒子径依存性 | 触媒活性に及ぼす触媒粒子径の影響を説明できる。 |
| 第12回 | トルエンのメチル化反応における触媒の被毒効果 | ゼオライト触媒における形状選択性を説明できる。 |
| 第13回 | トルエンのメチル化反応における触媒の修飾効果 | ゼオライト触媒における修飾剤に役割を説明できる。 |
| 第14回 | トルエンのメチル化反応のおける反応経路の解析 プレゼンテーション | 反応経路を明らかにするための実験を組むことができる。 実験結果を論理的に解析し説明できる。 |
準備学修(事前学修・復習)等についての指示
学修効果を上げるため，教科書や配布資料等の該当箇所を参照し，「毎授業」授業内容に関する予習と復習（課題含む）をそれぞれ概ね50分を目安に行うこと。
教科書
応用化学実験委員会編『応用化学実験（専門）テキスト2016-2018』初回ガイダンスにおいて配布する。
参考書、講義資料等
「燃料電池入門講座」本間琢也著、電波新聞社、 ISBN-13: 978-4885547966。
「例題でわかる工業熱力学」平田哲夫ら著、森北出版、ISBN-13: 978-4627673410。
「ゼオライトの科学と工学」小野嘉夫、八嶋建明編、講談社、ISBN-13: 978-4061533899。
成績評価の方法及び基準
全出席および全実験履修が原則である。
各実験において課されるレポート（60%），発表会におけるプレゼンテーション技能評価（20%），作成した発表資料および発表後の質疑応答から評価される到達度評価（20%）。
関連する科目
- CAP.F201 ： 応用化学実験第一 a/b
- CAP.F202 ： 応用化学実験第一 b/a
- CAP.F203 ： 応用化学実験第二 a/b
- CAP.F204 ： 応用化学実験第二 b/a
- CAP.F301 ： 応用化学実験第三
履修の条件・注意事項
応用化学実験第一、第二、および第三を履修していること。