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【新春特集】Solar Hydrogen 製造光触媒の最先端
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Solar Hydrogen製造のための水分解光触媒の開発
Photocatalysis of Water for Solar Hydrogen Production
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高田 剛((独)物質・材料研究機構 中核機能部門 ナノ材料科学環境拠点 NIMS特別研究員)
堂免一成(東京大学 大学院工学系研究科 化学システム工学専攻 教授)
光触媒を用いた水分解では,光のエネルギーからクリーンな水素を製造することができる。本研究分野の初期のころは水を水素と酸素に定常的に分解することは困難であったが,長い歳月をかけ,高効率で水分解を進行できるような光触媒が開発されてきた。近年では,太陽光のエネルギー利用効率を向上させるために可視光応答型光触媒の開発が課題となっており,その開発動向について述べる。
【目次】
1.はじめに
2.光触媒の原理
3.光触媒開発の経緯
4.可視光応答型酸窒化物光触媒の開発
5.おわりに
-------------------------------------------------------------------------
溶液法を利用した光触媒調製
Preparation of Photocatalysts by Solution‐based Methods
-------------------------------------------------------------------------
加藤英樹(東北大学 多元物質科学研究所 講師)
垣花眞人(東北大学 多元物質科学研究所 教授)
高活性な光触媒を得るためには構成元素の均一性を高くし,欠陥の少ない結晶を調製することが求められている。しかし,光触媒の調製法として一般的に用いられている固相法では,構成金属元素が多い化合物を高い均一性で得ることが困難である。本稿では,Ti‐Ta 複合系化合物および金属置換したBiVO4光触媒の調製に水を溶媒とした溶液法を適用した例を紹介する。
【目次】
1.はじめに
2.Ti‐Ta 複合系光触媒
3.金属置換型BiVO4光触媒
4.おわりに
-------------------------------------------------------------------------
ヘマタイト(α‐Fe2O3)光電極触媒を用いたタンデムセルによる実用的なSolar Hydrogenの製造
Solar Hydrogen Production by the Tandem Cell System using Hematite Photoelectrode Catalysts
-------------------------------------------------------------------------
荒川裕則(東京理科大学 工学部 工業化学科 教授)
無尽蔵の太陽光と水から効率よくクリーンエネルギーの水素を製造すること Solar hydrogen製造―は人類の夢の技術である。本稿では,近年急速に性能が向上し,また経済的にも実用化に近いと考えられる酸化鉄光電極と色素増感光電極(または色素増感太陽電池)を組み合わせたタンデムセルによる太陽光直接水分解システムについて紹介する。
【目次】
1.はじめに
2.Solar hydrogenの実現性
3.ヘマタイト光電極触媒を用いたタンデムセル
4.ヘマタイト光電極触媒による太陽光水分解の性能向上
5.おわりに
-------------------------------------------------------------------------
複合酸化物半導体光触媒による二酸化炭素の還元・資源化
Conversion of CO2 into Hydrocarbon Fuel on Complex Oxide Photocatalysts
-------------------------------------------------------------------------
葉 金花((独)物質・材料研究機構 環境再生材料ユニット ユニット長)
複合酸化物半導体光触媒は,その組成・バンド構造の多様性から新規光触媒材料として,環境浄化だけでなく光エネルギーの化学エネルギー変換への応用にも期待されている。本稿では当研究室における複合酸化物半導体光触媒の開発およびそれらを用いた二酸化炭素の還元・資源化に関する最近の取り組みについて紹介し,今後の研究展開にも言及する。
【目次】
1.はじめに
2.メソポーラス複合酸化物半導体光触媒
3.ナノ複合材料
4.可視光応答化
5.おわりに
-------------------------------------------------------------------------
2段階励起型光触媒プロセスによるSolar Hydrogen の製造
Development of Photocatalytic Water Splitting Systems based on Two‐step Photoexcitation toward Solar Hydrogen Production
-------------------------------------------------------------------------
阿部 竜(北海道大学 触媒化学研究センター 准教授)
植物の光合成における2段階励起機構を模倣した新規な光触媒水分解プロセスを開発した。2種類の異なる半導体粒子を可逆的な電子伝達体を用いて連結し,水素生成と酸素生成を別々に進行させるものであり,各光触媒系に必要なエネルギーが低減されるため太陽光中に含まれる可視光を有効に利用できる特徴を有する。
【目次】
1.はじめに
2.可視光水分解実証の重要性および困難さ
3.2段階励起型光触媒プロセスによる可視光水分解の実証
4.酸化タングステン光触媒の有する特異な反応特性
5.2段階励起型光触媒プロセスの特徴および今後の課題
6.おわりに
-------------------------------------------------------------------------
太陽光水電解水素製造 ―分散型エネルギーシステムに向けて―
Solar Hydrogen toward Dispersed Energy System
-------------------------------------------------------------------------
大森 隆(京都産業大学 理学部 物理科学科 教授)
太陽光利用による水電解水素製造について述べる。再生可能エネルギーの代表である太陽光は,低エネルギー密度,低偏在性といった特徴をもっている。こうした特徴から,小規模分散型の水素製造が有利と考えられる。分散型システムとすることで水素輸送が不必要となるなど多くのメリットが期待できる。
【目次】
1.はじめに
2.ワンチップ水分解デバイス
3.アルカリ水電解槽用隔膜
4.アルカリ水電解槽
5.おわりに
-------------------------------------------------------------------------
二酸化炭素の資源化をめざした人工光合成システムの開発
Development of Artificial Photosynthesis for Utilization of CO2
-------------------------------------------------------------------------
石谷 治(東京工業大学 大学院 理工学研究科 教授,ALCA)
人類の存続を脅かす可能性のある3つの難問,エネルギーと炭資資源の枯渇,大気中CO2濃度の上昇により引き起こされる地球環境問題を一挙に解決する技術として,太陽光をエネルギーとして活用したCO2の資源化が期待されている。その鍵テクノロジーの一つである二酸化炭素還元を駆動する金属錯体光触媒に関する最近の研究を紹介する。
【目次】
1.エネルギー資源および炭素資源の枯渇と地球温暖化
2.太陽光をエネルギー源とした二酸化炭素資源化の必要性
3.CO2を光還元するための化学的要点
3.1 レニウム(Ⅰ)錯体を光触媒として用いた高効率CO2還元
3.2 超分子錯体光触媒
4.CO2光還元研究における今後の課題
-------------------------------------------------------------------------
半導体/金属錯体ハイブリッド光触媒によるCO2の選択還元反応 ―水を電子・プロトン源とした人工光合成系の実現をめざして―
Visible‐Light‐induced Selective CO2 Reduction using a Semiconductor/Metal‐complex Hybrid Photocatalyst
-------------------------------------------------------------------------
梶野 勉((株)豊田中央研究所 先端研究センター 主席研究員)
森川健志((株)豊田中央研究所 先端研究センター 主任研究員)
半導体(窒素ドープTa2O5)に錯体触媒(Ru錯体)を連結したCO2還元ハイブリッド光触媒を構築した。この光触媒は高い選択性をもってCO2からギ酸を生成することを確認した。半導体として水分解能を有する半導体を利用することにより,水を電子源,プロトン源とするCO2還元の実現が期待される。
【目次】
1.はじめに
2.金属錯体触媒によるCO2還元反応
3.NドープTa2O5の開発
4.おわりに
-------------------------------------------------------------------------
研究開発情報
Report of Research & Development
-------------------------------------------------------------------------
海洋シアノバクテリア由来の医薬品リード化合物
Drug‐lead Compounds from Marine Cyanobacteria
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末永聖武(慶應義塾大学 理工学部 化学科 准教授)
筆者らは,海洋生物由来の新しい生物活性物質の探索研究過程で,沖縄県で採集した海洋シアノバクテリアLyngbya sp.から2種の新規生物活性物質を発見し,その化学構造を決定した。これらはユニークな化学構造を有しており,顕著な生物活性を示すことから,新たな医薬品あるいはそのリード化合物として有望である。
【目次】
1.はじめに
2.海洋シアノバクテリア
3.ビセブロモアミド
3.1 ビセブロモアミドの単離構造決定
3.2 ビセブロモアミドの生物活性・薬理活性
3.2.1 種々のヒト癌細胞に対する増殖阻害活性
3.2.2 プロテインキナーゼ阻害活性
3.2.3 ビセブロモアミドによるアクチン繊維の安定化
4.ビセリングビアサイド
4.1 単離構造決定
4.2 ビセリングビアサイドの生物活性・薬理活性
4.2.1 種々のヒト癌細胞に対する増殖阻害活性
4.2.2 破骨細胞に対する作用
5.おわりに
-------------------------------------------------------------------------
水素化マグネシウム(MgH2)の製造技術とその用途
Manufacturing Technology of Magnesium Dihydride and the Application Device
-------------------------------------------------------------------------
上杉浩之(バイオコーク技研(株) 代表取締役社長)
新居宏美(バイオコーク技研(株) 技術部 技術顧問)
水素化マグネシウムは古くから知られた物質であるが,工業的価値が見いだされなかったこともあり,その合成法についてはあまり研究されていなかった。一方,近年,地球温暖化への対応という観点から水素エネルギーへの関心が高まってきた。そのような状況下,水素含有量の多い水素化マグネシウムに注目し,鋭意研究した結果,その工業的合成法を見いだした。さらに,水素化マグネシウムを水素源とする製品開発にも着手した。
【目次】
1.はじめに
2.水素吸蔵合金の中のMgH2
3.MgH2の製造技術開発
3.1 MgH2の製造条件確立
3.2 MgH2製造設備のスケールアップ
3.3 原料Mgのタブレット化(原料Mg切削プレス機の開発)
4.MgH2の加水分解による水素生成
5.MgH2の用途開発
5.1 加水分解による水素発生システムの開発
5.2 燃料電池用水素源としての応用製品の開発
5.2.1 教育用キット
5.2.2 携帯用あるいはバックアップ用マグ水素電源装置の開発
(1) 携帯用100W マグ水素電源装置PGMH‐100の開発
(2) バックアップ用1kWマグ水素電源装置PGMH‐1000の開発
5.2.3 燃料電池を駆動源としたコミューターカーへの応用
(1) 歩行困難者用電動車への搭載実験
(2) エコランカーへの搭載実験
(3) 市街地荷物運搬車への搭載実験
5.3 水素水製造装置の開発
6.おわりに
-------------------------------------------------------------------------
New Drugs of the World
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世界の新薬2010(4)
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村上尚道
【目次】
8.半合成法新薬各論
(1) Cabazitaxel(Sanofi‐Aventis)
(2) Ceftaroline fosamil(武田薬品/Forest Lab.)
(3) Diquafosol tetrasodium(Inspire/参天製薬)
9.生物学的製品
(1) Besilesomab(CIS Bio International)
(2) Conestat alfa(Pharming Group)
(3) Corifollitropin alfa(Schering‐Plough/Merck)
(4) Denosumab(Amgen/GSK)
(5) Pegloticase(Duke Univ./Savient)
(6) Velagluserase alfa(Shire Pharm.)
-------------------------------------------------------------------------
連載講座 高活性安定化添加剤の創造と開発をめざして
chap.2 フェノール系酸化防止剤は有機物の良薬
-------------------------------------------------------------------------
自動酸化連鎖移動反応における酸化防止剤
Antioxidants for Chain Propagating Steps of Autoxidation
-------------------------------------------------------------------------
大勝靖一(工学院大学名誉教授)
【目次】
1.はじめに
2.連鎖移動停止剤の概要
2.1 電子移動反応
2.2 分子との反応
2.2.1 芳香族アミン
2.2.2 フェノール
3.フェノール系酸化防止剤の構造と機能解析に関する研究
3.1 フェノールの酸化還元電位
3.2 フェノール性O‐H の結合解離エネルギー
3.3 フェノールの置換基効果
3.3.1 電子効果
3.3.2 立体効果
3.3.3 フェノキシラジカルの安定化効果
4.おわりに
-------------------------------------------------------------------------
連載 触媒からみる化学工業の未来‐33
-------------------------------------------------------------------------
超深度脱硫触媒
-------------------------------------------------------------------------
室井髙城(アイシーラボ 代表;早稲田大学 招聘研究員;神奈川大学 非常勤講師)
排ガス浄化触媒性能向上の要望により日本では2005年以降,硫黄濃度10ppm以下のガソリンと軽油が販売されている。中東の原油には産地によって異なるが1%以上の硫黄分が含有しているので,燃料油中のガソリンエンジン排ガス浄化触媒では99.9%以上の脱硫効率が求められていた。3件の異なる概念による触媒調製技術を紹介する。
【目次】
1.従来の脱硫触媒の製法
2.超深度脱硫
3.活性点の精密制御
4.構造体触媒
5.アルミナフリー触媒
6.おわりに
-------------------------------------------------------------------------
ニュースダイジェスト
-------------------------------------------------------------------------
海外編
国内編
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Solar Hydrogen製造のための水分解光触媒の開発
Photocatalysis of Water for Solar Hydrogen Production
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高田 剛((独)物質・材料研究機構 中核機能部門 ナノ材料科学環境拠点 NIMS特別研究員)
堂免一成(東京大学 大学院工学系研究科 化学システム工学専攻 教授)
光触媒を用いた水分解では,光のエネルギーからクリーンな水素を製造することができる。本研究分野の初期のころは水を水素と酸素に定常的に分解することは困難であったが,長い歳月をかけ,高効率で水分解を進行できるような光触媒が開発されてきた。近年では,太陽光のエネルギー利用効率を向上させるために可視光応答型光触媒の開発が課題となっており,その開発動向について述べる。
【目次】
1.はじめに
2.光触媒の原理
3.光触媒開発の経緯
4.可視光応答型酸窒化物光触媒の開発
5.おわりに
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溶液法を利用した光触媒調製
Preparation of Photocatalysts by Solution‐based Methods
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加藤英樹(東北大学 多元物質科学研究所 講師)
垣花眞人(東北大学 多元物質科学研究所 教授)
高活性な光触媒を得るためには構成元素の均一性を高くし,欠陥の少ない結晶を調製することが求められている。しかし,光触媒の調製法として一般的に用いられている固相法では,構成金属元素が多い化合物を高い均一性で得ることが困難である。本稿では,Ti‐Ta 複合系化合物および金属置換したBiVO4光触媒の調製に水を溶媒とした溶液法を適用した例を紹介する。
【目次】
1.はじめに
2.Ti‐Ta 複合系光触媒
3.金属置換型BiVO4光触媒
4.おわりに
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ヘマタイト(α‐Fe2O3)光電極触媒を用いたタンデムセルによる実用的なSolar Hydrogenの製造
Solar Hydrogen Production by the Tandem Cell System using Hematite Photoelectrode Catalysts
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荒川裕則(東京理科大学 工学部 工業化学科 教授)
無尽蔵の太陽光と水から効率よくクリーンエネルギーの水素を製造すること Solar hydrogen製造―は人類の夢の技術である。本稿では,近年急速に性能が向上し,また経済的にも実用化に近いと考えられる酸化鉄光電極と色素増感光電極(または色素増感太陽電池)を組み合わせたタンデムセルによる太陽光直接水分解システムについて紹介する。
【目次】
1.はじめに
2.Solar hydrogenの実現性
3.ヘマタイト光電極触媒を用いたタンデムセル
4.ヘマタイト光電極触媒による太陽光水分解の性能向上
5.おわりに
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複合酸化物半導体光触媒による二酸化炭素の還元・資源化
Conversion of CO2 into Hydrocarbon Fuel on Complex Oxide Photocatalysts
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葉 金花((独)物質・材料研究機構 環境再生材料ユニット ユニット長)
複合酸化物半導体光触媒は,その組成・バンド構造の多様性から新規光触媒材料として,環境浄化だけでなく光エネルギーの化学エネルギー変換への応用にも期待されている。本稿では当研究室における複合酸化物半導体光触媒の開発およびそれらを用いた二酸化炭素の還元・資源化に関する最近の取り組みについて紹介し,今後の研究展開にも言及する。
【目次】
1.はじめに
2.メソポーラス複合酸化物半導体光触媒
3.ナノ複合材料
4.可視光応答化
5.おわりに
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2段階励起型光触媒プロセスによるSolar Hydrogen の製造
Development of Photocatalytic Water Splitting Systems based on Two‐step Photoexcitation toward Solar Hydrogen Production
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阿部 竜(北海道大学 触媒化学研究センター 准教授)
植物の光合成における2段階励起機構を模倣した新規な光触媒水分解プロセスを開発した。2種類の異なる半導体粒子を可逆的な電子伝達体を用いて連結し,水素生成と酸素生成を別々に進行させるものであり,各光触媒系に必要なエネルギーが低減されるため太陽光中に含まれる可視光を有効に利用できる特徴を有する。
【目次】
1.はじめに
2.可視光水分解実証の重要性および困難さ
3.2段階励起型光触媒プロセスによる可視光水分解の実証
4.酸化タングステン光触媒の有する特異な反応特性
5.2段階励起型光触媒プロセスの特徴および今後の課題
6.おわりに
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太陽光水電解水素製造 ―分散型エネルギーシステムに向けて―
Solar Hydrogen toward Dispersed Energy System
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大森 隆(京都産業大学 理学部 物理科学科 教授)
太陽光利用による水電解水素製造について述べる。再生可能エネルギーの代表である太陽光は,低エネルギー密度,低偏在性といった特徴をもっている。こうした特徴から,小規模分散型の水素製造が有利と考えられる。分散型システムとすることで水素輸送が不必要となるなど多くのメリットが期待できる。
【目次】
1.はじめに
2.ワンチップ水分解デバイス
3.アルカリ水電解槽用隔膜
4.アルカリ水電解槽
5.おわりに
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二酸化炭素の資源化をめざした人工光合成システムの開発
Development of Artificial Photosynthesis for Utilization of CO2
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石谷 治(東京工業大学 大学院 理工学研究科 教授,ALCA)
人類の存続を脅かす可能性のある3つの難問,エネルギーと炭資資源の枯渇,大気中CO2濃度の上昇により引き起こされる地球環境問題を一挙に解決する技術として,太陽光をエネルギーとして活用したCO2の資源化が期待されている。その鍵テクノロジーの一つである二酸化炭素還元を駆動する金属錯体光触媒に関する最近の研究を紹介する。
【目次】
1.エネルギー資源および炭素資源の枯渇と地球温暖化
2.太陽光をエネルギー源とした二酸化炭素資源化の必要性
3.CO2を光還元するための化学的要点
3.1 レニウム(Ⅰ)錯体を光触媒として用いた高効率CO2還元
3.2 超分子錯体光触媒
4.CO2光還元研究における今後の課題
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半導体/金属錯体ハイブリッド光触媒によるCO2の選択還元反応 ―水を電子・プロトン源とした人工光合成系の実現をめざして―
Visible‐Light‐induced Selective CO2 Reduction using a Semiconductor/Metal‐complex Hybrid Photocatalyst
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梶野 勉((株)豊田中央研究所 先端研究センター 主席研究員)
森川健志((株)豊田中央研究所 先端研究センター 主任研究員)
半導体(窒素ドープTa2O5)に錯体触媒(Ru錯体)を連結したCO2還元ハイブリッド光触媒を構築した。この光触媒は高い選択性をもってCO2からギ酸を生成することを確認した。半導体として水分解能を有する半導体を利用することにより,水を電子源,プロトン源とするCO2還元の実現が期待される。
【目次】
1.はじめに
2.金属錯体触媒によるCO2還元反応
3.NドープTa2O5の開発
4.おわりに
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研究開発情報
Report of Research & Development
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海洋シアノバクテリア由来の医薬品リード化合物
Drug‐lead Compounds from Marine Cyanobacteria
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末永聖武(慶應義塾大学 理工学部 化学科 准教授)
筆者らは,海洋生物由来の新しい生物活性物質の探索研究過程で,沖縄県で採集した海洋シアノバクテリアLyngbya sp.から2種の新規生物活性物質を発見し,その化学構造を決定した。これらはユニークな化学構造を有しており,顕著な生物活性を示すことから,新たな医薬品あるいはそのリード化合物として有望である。
【目次】
1.はじめに
2.海洋シアノバクテリア
3.ビセブロモアミド
3.1 ビセブロモアミドの単離構造決定
3.2 ビセブロモアミドの生物活性・薬理活性
3.2.1 種々のヒト癌細胞に対する増殖阻害活性
3.2.2 プロテインキナーゼ阻害活性
3.2.3 ビセブロモアミドによるアクチン繊維の安定化
4.ビセリングビアサイド
4.1 単離構造決定
4.2 ビセリングビアサイドの生物活性・薬理活性
4.2.1 種々のヒト癌細胞に対する増殖阻害活性
4.2.2 破骨細胞に対する作用
5.おわりに
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水素化マグネシウム(MgH2)の製造技術とその用途
Manufacturing Technology of Magnesium Dihydride and the Application Device
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上杉浩之(バイオコーク技研(株) 代表取締役社長)
新居宏美(バイオコーク技研(株) 技術部 技術顧問)
水素化マグネシウムは古くから知られた物質であるが,工業的価値が見いだされなかったこともあり,その合成法についてはあまり研究されていなかった。一方,近年,地球温暖化への対応という観点から水素エネルギーへの関心が高まってきた。そのような状況下,水素含有量の多い水素化マグネシウムに注目し,鋭意研究した結果,その工業的合成法を見いだした。さらに,水素化マグネシウムを水素源とする製品開発にも着手した。
【目次】
1.はじめに
2.水素吸蔵合金の中のMgH2
3.MgH2の製造技術開発
3.1 MgH2の製造条件確立
3.2 MgH2製造設備のスケールアップ
3.3 原料Mgのタブレット化(原料Mg切削プレス機の開発)
4.MgH2の加水分解による水素生成
5.MgH2の用途開発
5.1 加水分解による水素発生システムの開発
5.2 燃料電池用水素源としての応用製品の開発
5.2.1 教育用キット
5.2.2 携帯用あるいはバックアップ用マグ水素電源装置の開発
(1) 携帯用100W マグ水素電源装置PGMH‐100の開発
(2) バックアップ用1kWマグ水素電源装置PGMH‐1000の開発
5.2.3 燃料電池を駆動源としたコミューターカーへの応用
(1) 歩行困難者用電動車への搭載実験
(2) エコランカーへの搭載実験
(3) 市街地荷物運搬車への搭載実験
5.3 水素水製造装置の開発
6.おわりに
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New Drugs of the World
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世界の新薬2010(4)
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村上尚道
【目次】
8.半合成法新薬各論
(1) Cabazitaxel(Sanofi‐Aventis)
(2) Ceftaroline fosamil(武田薬品/Forest Lab.)
(3) Diquafosol tetrasodium(Inspire/参天製薬)
9.生物学的製品
(1) Besilesomab(CIS Bio International)
(2) Conestat alfa(Pharming Group)
(3) Corifollitropin alfa(Schering‐Plough/Merck)
(4) Denosumab(Amgen/GSK)
(5) Pegloticase(Duke Univ./Savient)
(6) Velagluserase alfa(Shire Pharm.)
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連載講座 高活性安定化添加剤の創造と開発をめざして
chap.2 フェノール系酸化防止剤は有機物の良薬
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自動酸化連鎖移動反応における酸化防止剤
Antioxidants for Chain Propagating Steps of Autoxidation
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大勝靖一(工学院大学名誉教授)
【目次】
1.はじめに
2.連鎖移動停止剤の概要
2.1 電子移動反応
2.2 分子との反応
2.2.1 芳香族アミン
2.2.2 フェノール
3.フェノール系酸化防止剤の構造と機能解析に関する研究
3.1 フェノールの酸化還元電位
3.2 フェノール性O‐H の結合解離エネルギー
3.3 フェノールの置換基効果
3.3.1 電子効果
3.3.2 立体効果
3.3.3 フェノキシラジカルの安定化効果
4.おわりに
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連載 触媒からみる化学工業の未来‐33
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超深度脱硫触媒
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室井髙城(アイシーラボ 代表;早稲田大学 招聘研究員;神奈川大学 非常勤講師)
排ガス浄化触媒性能向上の要望により日本では2005年以降,硫黄濃度10ppm以下のガソリンと軽油が販売されている。中東の原油には産地によって異なるが1%以上の硫黄分が含有しているので,燃料油中のガソリンエンジン排ガス浄化触媒では99.9%以上の脱硫効率が求められていた。3件の異なる概念による触媒調製技術を紹介する。
【目次】
1.従来の脱硫触媒の製法
2.超深度脱硫
3.活性点の精密制御
4.構造体触媒
5.アルミナフリー触媒
6.おわりに
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ニュースダイジェスト
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海外編
国内編
