Research

デザインされた微粒子を未来材料へ!

Designed fine particles for future materials!


広島大学 熱流体材料工学研究室では、化学工学を駆使して、未来の資源・環境・エネルギー・ライフサイエンスの課題解決へ貢献する微粒子材料の開発に取り組んでいます

At the Thermal Fluid Materials Engineering (TME) Laboratory at Hiroshima University, we leverage chemical engineering to develop fine particle materials that contribute to solving future challenges in resources, environment, energy, and life sciences.

気中での微粒子を設計、構造化する

気中に噴霧された液滴をエネルギー場に供給し、液滴の乾燥、物質移動、反応を介して、小さな微粒子を製造しています。

とくに、化学(反応、親疎水性)や物理(粒子の表面電位、拡散)も駆使して微粒子の形態や構造をデザインしています。得られた粒子は、下の図に示すように様々な機能性材料への応用展開を目指しています。

Publications in the area:

K. L. A. Cao et al., Advanced Carbon Sphere-Based Hybrid Materials Produced by Innovative Aerosol Process for High-Efficiency Rechargeable Batteries, Energy Storage Materials, 74, 103901 (2025). Review paper

E. L. Septiani et al., Advances in Aerosol Nanostructuring: Functions and Control of Next-Generation Particles, Langmuir, 40, 51, 26789–26799 (2024). Review paper

S. Wintzheimer et al., Multifunctional, hybrid materials design via spray-drying: much more than just drying, Advanced Materials, 35(47), 2306648 (2023). Review paper


実験装置 プロセス:Process



現在の研究内容:Current Research Subject

三元触媒ナノ粒子のポーラス構造化とCO酸化性能

Porous structuring of three-way catalyst nanoparticles and CO oxidation performance

詳細は、下記の論文を参照ください。

Publications in the area:


リグニン由来カーボン微粒子の製造

Production of lignin-derived carbon fine particles

詳細は、下記の論文を参照ください。

Publications in the area:


気相中でのシリカコート金属微粒子の合成

Synthesis of silica-coated metal fine particles in the gas phase

詳細は、下記の論文を参照ください。

Publications in the area:


セルロールナノファイバー(CNF)の気中構造化

Gas-phase structuring of cellulose nanofibers (CNF)

詳細は、下記の論文を参照ください。

Publications in the area:


気中での多糖類の微粒子構造化

Structuring of polysaccharide microparticles in the gas phase

詳細は、下記の論文を参照ください。

Publications in the area:


微粒子集合体のポリマーコンポジット化と受動的昼間放射冷却材料への応用

Polymer composite fabrication of fine particle assemblies and their application to passive daytime radiative cooling materials

詳細は、下記の論文を参照ください。

Publications in the area:


窒素ドープカーボンドットの開発

Research on N-dope Carbon dots

本研究室では、クエン酸と尿素と水を混合し、水熱合成することで、窒素が複合されたナノサイズのカーボン粒子(カーボンドット)の合成に成功しました。この材料を利用して、紫外線吸収フィルムやがんの温熱治療へ向けた赤外吸収特性の評価を行いました。詳細は下記論文をご参照下さい。

Publications in the area:


CO2吸脱着剤の開発

Development of CO₂ adsorbents/desorbents

詳細は、下記の論文を参照ください。

Publications in the area:


 火炎プロセスによるナノ構造化微粒子材料の合成

Flame Synthesis of Nanostructured Particles

詳細は、下記の論文を参照ください。

Publications in the area:


火炎合成プロセスの設計

Process Design of Flame Synthesis

詳細は、下記の論文を参照ください。

Publications in the area:


火炎プロセスによる高機能性ガラスの合成

Flame Synthesis of Functional Glass Materials

詳細は、下記の論文を参照ください。

Publications in the area:

過去の研究内容:Previous Research Subject


ゼオライトナノ粒子のポーラス構造化とトルエン吸脱着能

Porous structuring of zeolite nanoparticles and their toluene adsorption–desorption properties

詳細は、下記の論文を参照ください。

Publications in the area:


噴霧法を用いてTiO2コートZnO微粒子の合成

詳細は、下記の論文を参照ください。

Publications in the area:

  • T. Hirano et al., Multiple ZnO Core Nanoparticles Embedded in TiO2 Nanoparticles as Agents for Acid Resistance and UV Protection, ACS Applied Nano Materials (IF=5.097), 5 (10) 15449–15456 (2022)

液相法によるポーラス / 中空 / コアシェル微粒子の合成に関する研究

Research on porous/hollow/core-shell particles via liquid phase


微生物 / アミノ酸を用いたレアメタルの回収に関する研究

Research on Recovery and recycling of rare-metal by using microbe / amino acid

本研究では、鉄還元細菌や大腸菌のバイオソープションやバイオ峰ラリゼーションを利用して、液相中からレアメタル(金、パラジウム、タングステンなど)を回収する研究を実施しました。当研究室では、この現象からヒントを得て、アミノ酸を用いたポリオオキソ酸の沈殿が促進させる作用を発見しました。これにより、使用済みタングステンスクラップの溶液にリジンを用いることで、タングステンを高純度で回収し、世界で初めて、超硬工具までのリサイクルすることに成功しました。詳細は下記論文をご参照下さい。

Publications in the area:


レアアースフリーBCNO蛍光体の開発

Research on rare-earth free BCNO phosphor

本研究室では、世界で初めてレアアースを使用しない蛍光体BCNOの開発に成功しました。この蛍光体はホウ素(B)、炭素(C)、窒素(N)、酸素(O)という自然界に豊富な元素で構成され、高価なレアアースを使用しません。BCNO蛍光体は、ホウ酸、尿素、ポリエチレングリコール(PEG)を超純水で溶解して調製した原料溶液を電気炉にて焼成することで合成できます。この蛍光体は高い量子効率で発光し、組成比を変えるだけで可視光領域でのフルカラー発光が可能という特徴を持っています。詳細は下記論文をご参照下さい。

Publications in the area:

  • H. Iwasaki et al., Microwave synthesis of homogeneous and highly luminescent BCNO nanoparticles for the light emitting polymer materials, Journal of Luminescence, 166, 148-155 (2015). 
  • T. Ogi et al., Direct White Light Emission from a Rare-Earth-Free Aluminium-Boron-Carbon-Oxynitride Phosphor, Journal of Materials Chemistry C, 2(21), 4297-4303 (2014). 
  • B. W. Nuryadin et al., Photoluminescence Optimization of BCNO Phosphors Synthesized Using Citric Acid as a Carbon Source, Advanced Powder Technology, 25(3), 891-895 (2014).
  • I. D. Faryuni, et al., Synthesis and photoluminescence of BCNO/SiO2 nanocomposite phosphor materials, Journal of Luminescence, 148, 165-168 (2014). DOI: 10.1016/j.jlumin.2013.12.033
  • T. Ogi et al., Influence of polymer decomposition temperature on the formation of rare-earth free boron carbon oxynitride phosphors, Journal of Chemical Engineering of Japan, 45(12), 995-1000 (2012). 
  • A. B. Suryamas et al., Intense green and yellow emissions from electrospun BCNO phosphor nanofibers, Journal of Materials Chemistry, 21, 12629-12631, (2011). 
  • W. N. Wang et al., Novel rare-earth-free tunable-color-emitting BCNO phosphors, Journal of Materials Chemistry, 21,5183-5189 (2011).
  • Y. Kaihatsu et al., Effect of the carbon source on the luminescence properties of boron carbon oxynitride (BCNO) phosphor particles, Journal of the Electrochemical Society, 157(10), J329-J333 (2010).
  • T. Ogi et al., Facile synthesis of new full-color-emitting BCNO phosphors with high quantum efficiency, Advanced Materials, 20(17), 3235-3238 (2008).

TiOx, WOx ナノ粒子の合成に関する研究

Research on TiOx and WOx nanoparticles

詳細は下記論文をご参照下さい。

Publications in the area:


WO3微粒子の光触媒特性に関する研究

Research on synthesis of WO3 particles and their photocatalytic performance

詳細は下記論文をご参照下さい。

Publications in the area:

  • O. Arutanti et al., Synthesis of Composite WO3/TiO2 Nanoparticles by Flame-assisted Spray Pyrolysis and Their Photocatalytic Activity, Journal of Alloys and Compounds, 59(5), 121–126 (2014). 
  • O. Arutanti et al., Controllable crystallite and particle sizes of WO3 particles prepared by a spray-pyrolysis method and their photocatalytic activity, AlChE Journal, 60(1), 41-49 (2014). 
  • A. B. D. Nandiyanto et al., Synthesis of Spherical Macroporous WO3 Particles and Their High Photocatalytic Performance, Chemical Engineering Science,101(20), 523-532 (2013). 
  • H. Widiyandari et al., CuO/WO3 and Pt/WO3 nanocatalysts for efficient pollutant degradation using visible light irradiation, Chemical Engineering Journal, 180(15), 323-329, (2012).
  • A. Purwanto et al., Role of particle size for platinum-loaded tungsten oxide nanoparticles during dye photodegradation under solar-simulated irradiation, Catalysis Communications, 12, 525-529 (2011).

静電紡糸法によるナノファイバーの合成に関する研究

Research on nanofiber via electrospinning

詳細は下記論文をご参照下さい。

Publications in the area:

  • R. Balgis et al., Enhanced Aerosol Particle Filtration Efficiency of Nonwoven Porous Cellulose Triacetate Nanofiber Mats, ACS Omega, 3(7), 8271-8277, (2018).
  • R. Balgis et al., Synthesis of Dual-Size Cellulose-Polyvinylpyrrolidone Nanofiber Composites via One-Step Electrospinning Method for High-Performance Air Filter, Langmuir, 33(24), 6127-6134 (2017). 
  • L. Bao et al., Verification of Slip Flow in Nanofiber Filter Media through Pressure Drop Measurement at Low-Pressure Conditions, Separation and Purification Technology, 159, 100-107 (2016). 
  • R. Balgis et al., Synthesis and evaluation of straight and bead-free nanofibers for improved aerosol filtration, Chemical Engineering Science, 137, 947-954 (2015).
  • S. Sago et al., In situ growth of Pt nanoparticles on electrospun SnO2 fibers for anode electrocatalyst application, Materials Letters,105(15), 202-205 (2013).
  • T. Ogi et al., Morphology-controlled synthesis of electrospun nanofibers and their application for aerosol filtration, Kagaku Kogaku Ronbunshu, 40(2), 1-6 (2014).
  • A. B. Suryamas et al., Electrospun Pt/SnO2 nanofibers as an excellent electrocatalysts for hydrogen oxidation reaction with ORR-blocking characteristic, Catalysis Communications, 33, 11-14 (2013).

ポリマー粒子の合成に関する研究

Research on polymer particles synthesis

詳細は下記論文をご参照下さい。
Publications in the area:

  • L. Ernawati et al., Role of acetone in the formation of highly dispersed cationic polystyrene nanoparticles, Chemical and Process Engineering, 38(1), 5-18 (2017). 
  • A. B. D. Nandiyanto et al., Size- and Charge-controllable Polystyrene Spheres for Templates in the Preparation of Porous Silica Particles with Tunable Internal Hole Configurations, Chemical Engineering Journal, 256, 421-430 (2014). 
  • A.B.D. Nandiyanto et al., Influences of surface charge, size, and concentration of colloidal nanoparticles on fabrication of self-organized porous silica in film and particle forms, Langmuir, 29(21), 6262-6270 (2013).
  • A. B. D. Nandiyanto et al., Synthesis of additive-free cationic polystyrene particles with controllable size for hollow template applications, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 396, 96-105, (2012).

ビーズミルによるナノ粒子分散に関する研究

Research on nanoparticles dispersion using beads mill

詳細は下記論文をご参照下さい。


Publications in the area:

  • T. Ogi et al., Recent progress in nanoparticle dispersion using bead mill, KONA Powder and Particle Journal, 34, 3-23 (2017). 
  • R. Zulhijah et al., Low-Energy Bead-Mill Dispersion of Agglomerated Core-Shell α -Fe/Al2O3 and α″-Fe16N2/Al2O3 Ferromagnetic Nanoparticles in Toluene, Langmuir, 31(22), 6011-6019 (2015). 
  • T. Tahara et al., Low-energy bead-milling dispersions of rod-type titania nanoparticles and their optical properties, Advanced Powder Technology, 25(5), 1492-1499 (2014). 
  • T. Tahara et al., Change in Characteristics of Titania Nanoparticles during the Process of Dispersion, Agglomeration and Re-dispersion with a Dual-axis Beads-Mill, Kagaku Kogaku Ronbunshu, 39 (5), 426-432 (2013). 
  • I. M. Joni et al., Synthesis of a colorless suspension of TiO2 nanoparticles by nitrogen doping and the bead mill dispersion process, Industrial & Engineering Chemistry Research, 52 (2), 547-555 (2012). 
  • I. M. Joni et al., Decolorization of beads-milled TiO2 nanoparticles suspension in an organic solvent, Advanced Powder Technology, 23(1), 55-63 (2012). 
  • I. M. Joni et al., Surface functionalization for dispersing and stabilizing hexagonal boron nitride nanoparticle by bead milling, Colloids and Surfaces A:Physicochemical and Engineering Aspects, 388(1-3), 49-58 (2011).