東北工業大学　環境応用化学科

ナノ材料化学を研究しています。

表面は結合が途中で切れていたり、周りを取り囲んでいた原子がなくなっていたりするのでバルク状態とは異なる物性を示します。研究室で注目しているナノ材料はサイズが小さいため表面の占める割合が半分もしくはそれ以上となり、その表面や内部では分子の配列や化学反応に特異性が現れます。これらの性質を用いて、次の4つに注目して研究を行なっています。

(1)においの可視化：ナノ多孔体を用いた化学センサの研究（超高感度呼気分析チップの研究）
(2)ナノ粒子を用いたCO2光還元触媒の研究
(3)化学センサを用いた環境測定の研究
(4)味の可視化：発酵食品の蛍光分析：日本酒の蛍光分析

ナノ多孔体を用いた化学センサの研究：においの可視化

ナノサイズの孔が開いたガラスや不織布などを基板として、微量な気体を検出する化学センサを研究しています。ナノ多孔体は比表面積が非常に大きく、また表面には水の薄い層が存在するため、表面の力を受けつつ固体と液体の中間状態で化学反応が進みます。そのため特定の気体物質と反応し、安定な生成物を作る化学反応をナノ多孔体中で起こすことができれば、高感度で高選択性のある気体の検出が可能になります。

多孔体としては多孔質ガラスを用いています。その特長は次のようです。

 

 

ナノ多孔体や繊維状基板を用いた生体ガス分析チップの研究：健康管理

ヒトが排出する生体ガスや尿の中には、特定の疾患と関係のある化学物質が含まれることが判ってきました。研究室ではそのような化学物質を高感度に高選択に簡単に測定することのできる分析チップの研究を進めています。

研究室で取り組んでいる物質についてまとめました。

アセトンの呼気測定の結果、各人の定常値は異なるのでは？フィードバックを与えることで健康管理ができるのでは？との推論を得ています。

中鎖アルデヒドの分析チップを開発しました。詳しくは論文をご覧ください。

基板を繊維状物質に替えて検討を行っています。

連続測定装置の開発も行っています。

 

 

ナノ粒子を用いたCO2光還元触媒の研究：カーボンリサイクル

光触媒としてよく知られている酸化チタンに金属ナノ粒子を担持させてCO₂を光還元できる触媒の研究を行なっています。現在は金のナノ粒子に注目しています。金のナノ粒子は赤紫色をしているので、酸化チタンが吸収する紫外領域の光にプラスして可視光も吸収できる触媒が合成できました。この触媒はCO2を光還元してメタンを生成することがわかりましたが、さらに変換の効率を上げるため中赤外のレーザを同時に照射してCO2分子を振動励起させる効果についても研究しています。

発酵食品の蛍光分析：日本酒の測定：味の可視化

味覚の可視化を目指して日本酒の蛍光測定を行っています。日本酒は様々な蛍光スペクトルを示し、味が似ているものはスペクトルが似ている傾向があることが判りました。

開発した分析チップを用いた大気環境測定の研究

開発したオゾン検知紙とNO2分析チップ、及びヤグチ電子工業の開発したPM2.5センサを用いて、大学構内や仙台港周辺の環境計測を行なっています。計測も５年目に入り、地下鉄東西線開通前後での大学周辺の大気環境の変化が判ってきました。

博士論文題目

♥2022年度

・多孔体反応場での気体分子吸脱着機構解析とガス検出への応用

修士論文題目

♥2023年度

・皮膚特性と血中コレステロール値との関係性の究明に関する研究
・パラローズアニリン含有多孔質ガラスを用いたアルデヒド類分離分析方法の検討

♥2022年度

・金ナノ粒子を担持したCaCO₃薄膜を有するTiO₂触媒の合成及び光還元性能評価の研究
・アルドール縮合反応もしくはルチジン誘導体の蛍光を用いたノナナール検出法の研究
・多孔体表面での水和によるモル吸光係数の違いを用いたアルデヒド類分離分析法の研究
・ニトロフェニルヒドラジン構造異性体のアセトンとの反応性評価及び流体系を用いた小型呼気測定法の研究

♥2021年度

・多孔体反応場における４－ニトロフェニルヒドラジンのイミン誘導体化反応を用いた呼気アセトン簡易分析法の研究
・ナノ多孔体とジスルフィド化合物の結合開裂反応を用いたメチルメルカプタン分析法の基礎的研究
・酸性多孔体反応場におけるトリフェニルメタン色素の共鳴構造変化を用いたノナナール高感度分析法の研究
・気液分配平衡を用いたホルムアルデヒド溶液濃度測定法の研究

♥2020年度

・流れを持つアセトンガスの多孔体分析チップを用いた簡易分析法の研究

♥2019年度

・二種類の分析チップを用いた有限体積中の一酸化窒素高感度分析法の研究
・ナノ多孔体とトリフェニルメタン色素を用いたノナナール簡易分析法の研究

♥2018年度

・Au/TiO2を用いたCO2光還元に与えるCO2振動励起及び表面構造の影響評価の研究
・ナノ多孔体とフェニルヒドラジン化合物を用いたアセトン簡易分析法の研究

♥2017年度

・小型PM2.5センサとNO2及びO3パッシブサンプラの性能評価及び実環境測定への応用の研究

♥2016年度

・ナノ多孔体と2-フェニル-4,4,5,5,-テトラメチルイミダゾリン-3-オキシド-1-オキシルを用いた一酸化窒素簡易分析法の研究
・ナノ多孔体と2,4-ジニトロフェニルヒドラジンを用いたアセトン簡易分析法の研究

卒業論文題目

♠2023年度

・開発した分析チップを用いた仙台近郊住宅内のホルムアルデヒド濃度の調査
・呼気含有アセトンの連続測定デバイスの開発
・アルデヒド検出チップの画像解析による濃度変換方法の研究
・AuNP/TiO2/CaCO3光触媒の合成方法と触媒特性に及ぼす照射光波長の影響の研究
・基板孔径が中鎖アルデヒド検出チップ特性に及ぼす影響の研究
・発酵食品の蛍光分析～チーズ、日本酒経時変化～
・蛍光法によるアルデヒド分離分析方法の研究
・含浸溶液組成がアセトン検知紙性能に及ぼす影響の研究
・基板種がアセトン検知チップ性能に及ぼすの影響の研究

♠2022年度

・検知紙の画像解析による濃度変換方法の研究
・炭酸塩の光変換を目指したAuNP/TiO2/CaCO3触媒の合成と光還元性能評価の研究
・繊維基板と２－ニトロフェニルヒドラジンを用いたアセトン検出方法の研究
・繊維基板とジスルフィド化合物を用いた高感度メチルメルカプタン検出方法の研究
・蛍光スペクトルによる東北の日本酒分析～持続可能な生産を目指して～
・流体系分析システム用分析チップ保持機構の設計
・繊維基板上有機ラジカルPTIOによるNOからNO2変換における測定系影響評価の研究
・多孔質ガラスとトリフェニルメタン色素を用いた中鎖アルデヒド高感度検出法の研究

♠2021年度

・多孔質ガラスとトリフェニルメタン色素を用いたノナナール高感度検出における溶媒依存性の研究
・スペクトル解析によるトリフェニルメタン色素溶液を用いたオクタナール検出法の研究
・有機ラジカルPTIOによるNOからNO2変換における基板材料の影響評価の研究
・構造の異なるβージケトンを用いた溶液系における低級脂肪族アルデヒド検出法の研究
・太陽光発電による自立小型オゾン発生器を用いた水浄化装置の研究~アフリカでの援助を目指して~
・繊維基板とジスルフィド化合物を用いたメチルメルカプタン検出方法の研究
・分析チップの画像解析による濃度変換プログラムの作成

♠2020年度

・耐アルカリガラスを用いたノナナール検出法の研究
・多孔質ガラスとヒドラジン化合物を用いたアセトン分析チップの性能評価の研究
・AuNP/TiO2/CaCO3構造に及ぼすCaCO3含有量の影響評価の研究
・小型オゾン発生器を用いた水浄化方法の研究～アフリカでの援助を目指して～
・開発した簡易分析方法を用いた空気殺菌脱臭器から発せられるオゾン、NOxの評価の研究
・有機ラジカルPTIOによるNOからNO2変換における基板材料の影響評価の研究
・画像解析によるガス拡散評価方法の研究

♠2019年度

・新たなAuNP/TiO₂/CaCO₃光触媒の合成及びCO₂光還元性能評価
・耐アルカリ性多孔質ガラスを用いたノナナール検出チップの研究II
・EQCM-D装置を用いたTi-Mn系レドックスフロー電池用電解液の解析
・トリチウム測定用透明固体シンチレータの研究
・ニトロフェニルヒドラジン化合物を用いたアセトン検出チップの研究
・β―ジケトン含浸多孔質ガラスチップを用いた生体ガス用ホルムアルデヒド測定方法の研究
・複合分析チップを用いた呼気中一酸化窒素測定方法の研究

♠2018年度

・反応物解析による二酸化窒素分析方法の検討及び2018年仙台市八木山の局所域における大気環境評価
・多孔質ガラスと2-Nitrophenylhydrazineを用いた比色式アセトン検出チップの研究
・新規AuNP/TiO2/CaCO3光触媒の合成及び性能評価
・2018年仙台市八木山の局所域における大気環境評価ーオゾンを中心としてー
・チタンーマンガン系電解液と二酸化マンガンのEQCM-D測定による解析
・AuNP／TiO2光還元触媒の作製法依存性の検討
・耐アルカリ性多孔質ガラスを用いたノナナール検出チップの研究
・βージケトン含有多孔質ガラスチップを用いた溶液中のホルムアルデヒド濃度測定方法の研究

♠2017年度

・多孔質ガラス中における2-phenyl-4,4,5,5,-tetramethylimidazoline-3-oxide-1-oxylと一酸化窒素の反応機構解析
・EQCM-Dを用いた電解二酸化マンガンの酸化還元反応の解析
・高機密性を目指したFT-IR用ガスセルの設計と作製
・仙台市八木山の局所域における大気環境評価及び地下鉄開通影響の検討ー二酸化窒素を中心としてー
・仙台市八木山の局所域における大気環境評価及び地下鉄開通影響の検討ーオゾンを中心としてー
・Auナノ粒子／TiO2光還元触媒の発色における作製時のpH依存性の検討
・多孔質ガラスとDNPHを用いたアセトン検出チップ感度の湿度依存性の検討
・Auナノ粒子／TiO2のCO2光還元性能に及ぼす粒子サイズ影響の検討
・仙台市八木山の局所域における大気環境評価ー交通量の影響ー
・NO2パッシブサンプラ及びO3検知紙の屋外設置時の性能評価

♠2016年度

・画像解析を用いた二酸化窒素簡易分析における濃度変換方法の検討
・紫外線ー中赤外光同時照射によるAu/TiO2触媒を用いたCO2光還元方法の検討
・多孔質ガラスを用いた簡易分析法による仙台市家庭における室内二酸化窒素濃度評価
・比色法を用いた大気環境評価に用いるRGB解析プログラムの作製
・ホルムアルデヒド検出に用いるルチジン誘導体の光分解反応機構の基礎的検討

♠2015年度

・仙台市八木山の局所域における大気環境評価及び交通量影響の検討
・Au/TiO2触媒を用いたCO2光還元におけるTiO2結晶形の影響評価
・神経細胞の機能化に向けた培養基板表面修飾に関する基礎検討
・半経験的分子軌道法を用いたナノ粒子表面での反応解析のための基礎検討
・PTIOとアゾ色素を用いた新規NO検出素子の検討
・界面活性剤を用いたマグネシウムフェライト粒子合成法の検討
・ホルムアルデヒド検出に用いるルチジン誘導体の光分解反応機構の検討

♠2014年度

・局所域における地表レベルオゾンと二酸化窒素の空間分布
・多孔質ガラス中比色反応を用いたアセトン検出法の研究
・ホルムアルデヒド素子の退色評価
・ヒト皮膚より放散されるNO2測定法の研究
・NO測定用PTIO素子の安定性評価
・溶液燃焼法で作製したマグネシウムフェライトの光還元特性の評価ー焼結温度依存性ー
・溶液燃焼法で作製したマグネシウムフェライトの光触媒特性の評価ー二酸化チタンとの比較ー