2024年度 学院等開講科目 物質理工学院 材料系 材料コース
触媒化学特論
- 開講元
- 材料コース
- 担当教員
- 原 亨和 / 鎌田 慶吾 / 北野 政明
- 授業形態
- 講義 (ライブ型)
- メディア利用科目
- -
- 曜日・時限
(講義室) - 月3-4 (G5-105 (G511)) / 木3-4 (G5-105 (G511))
- クラス
- -
- 科目コード
- MAT.C411
- 単位数
- 200
- 開講時期
- 2024年度
- 開講クォーター
- 1Q
- シラバス更新日
- 2025年3月14日
- 使用言語
- 日本語
シラバス
授業の目的（ねらい）、概要
触媒は，化学反応の制御に最も広く使用されている物質であり，物質変換のキーとなる材料である。優れた機能を有する触媒を開発するためには，触媒に関する基本的な原理と概念を理解することは必須である。触媒化学は複合化学であるため複雑にみえるが，物理化学・無機化学・有機化学などの基礎学問を基盤としており，これら周辺知識を理解することで触媒という材料化学を体系的に理解することができる。具体的な講義項目は，速度論と平衡論，触媒のキャラクタリゼーション，触媒の構造と合成法，反応機構，触媒プロセスなどである。
本講義では，触媒化学に対する考え方の背景にある物理化学・無機化学・有機化学などの学問体系を理解し、その知識を実際の触媒設計・開発に応用するための基礎を築くことを目的とする。さらに，触媒の機能・特性とプロセス・化学反応との関連性を学び，持続可能な社会構築における触媒の重要性への理解を深めてほしい。
到達目標
新しい化学工業の登場には必ず新触媒の発見があるといっても過言ではない。本講義を履修することによって，化学工業における触媒の役割（化学品生産プロセスと触媒の関係，触媒開発のニーズ，実用触媒の考え方および必須条件）を学ぶと共に、物理化学・無機化学・有機化学をベースとした触媒化学の考え方を理解することを到達目標とする。さらに，エネルギーや化学品製造のための触媒材料・プロセス，触媒のキャラクタリゼーション手法，触媒化学の最近の学問的進歩などの最新のトピックスについて理解し，本講義で得た知識を基盤に実用的触媒材料の設計と合成に応用できることを目標とする。
キーワード
触媒、化学プロセス、速度論、平衡論，キャラクタリゼーション，構造、合成、反応機構
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
講義の後半で，その日の教授内容に関する短い演習問題に取り組んでもらいます。
授業計画・課題
| 授業計画 | 課題 | |
|---|---|---|
| 第1回 | 触媒化学の基礎 |
触媒発展の歴史、触媒の種類 |
| 第2回 | 反応速度論と平衡論 |
化学反応の速度と平衡、反応速度式、活性化エネルギー |
| 第3回 | 不均一系触媒 |
X線回折、電子顕微鏡、紫外・可視、電子スピン共鳴、核磁気共鳴 |
| 第4回 | 不均一系触媒の表面キャラクタリゼーション |
吸着の現象論、細孔分布、表面酸・塩基性の測定 |
| 第5回 | 触媒の構造と合成手法 |
触媒成分の選定、触媒担体、触媒調製法 |
| 第6回 | 不均一系触媒の反応機構 |
Langmuir-Hinshelwood機構とRideal-Eley機構 |
| 第7回 | 均一系触媒の反応機構 |
配位子置換反応、酸化的付加、還元的脱離、転移挿入、βヒドリド脱離 |
| 第8回 | 触媒を用いたプロセス |
ヒドロホルミル化、オレフィン重合、不斉触媒反応 |
| 第9回 | 触媒を用いたプロセス |
アリル酸化、アンモ酸化、酸化的脱水素、オキシラン合成 |
| 第10回 | 触媒を用いたプロセス |
アルキル化、クラッキング、異性化、不均化、水和、脱水 |
| 第11回 | 触媒を用いたプロセス |
水の完全分解、環境浄化への応用 |
| 第12回 | 触媒を用いたプロセス |
自動車触媒、グリーンケミストリー |
| 第13回 | 触媒を用いたプロセス |
触媒燃焼、燃料電池 |
| 第14回 | 触媒を用いたプロセス |
ハーバーボッシュ法、アンモニアの利用法 |
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100分を目安に行うこと。
教科書
以下の参考書のいずれかを参照のこと。
参考書、講義資料等
斉藤泰和・御園生誠著 『触媒化学 第2版』 丸善
菊地英一・瀬川幸一・多田旭男・服部英・射水雄三著 『新しい触媒化学』 三共出版
山下弘巳，田中庸裕著 『触媒・光触媒の科学入門』 講談社
成績評価の方法及び基準
触媒化学の基本的な知識や考え方及びそれらの応用に関する理解度を評価する。配点は、演習および講義への出席（60％）期末における課題提出（40％）である。
関連する科目
- CAP.A354 ： 触媒プロセス化学第一（不均一系）
- CAP.A355 ： 触媒プロセス化学第二（均一系）
履修の条件・注意事項
履修の条件を設けない。
連絡先 (メール、電話番号) ※”[at]”を”@”(半角)に変換してください。
原 亨和 hara.m.ae[at]m.titech.ac.jp 045-924-5311
鎌田 慶吾 kamata.k.ac[at]m.titech.ac.jp 045-924-5338
北野 政明 kitano.m.aa[at]m.titech.ac.jp 045-924-5191
オフィスアワー
メールで事前予約すること。