彦根藩二代当主である井伊直孝公をお寺の門前で手招き雷雨から救
ったと伝えられる招き猫と、井伊軍団のシンボルとも言える赤備え
（戦国時代の軍団編成の一種、あらゆる武具を朱りにした部隊編の
こと）と兜（かぶと）を合体させて生まれたキラクタ「ひこにゃん」。
❏ 高効率・高品質レーザー加工技術開発
新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）は，経済安全保障を
強化・推進する観点から支援対象とすべき先端的な重要技術の研究
開発を進める「経済安全保障重要技術育成プログラム（通称“K
Program”）」の一環で実施する研究開発として，高効率・高品質
レーザー加工技術の開発に着手するという。
世界的に、科学技術・イノベーションが国家間の覇権争いの中核と
なっている中、日本が技術的優位性を高め、不可欠性を確保には研
究基盤を強化はもちろんのこと、市場経済のメカニズムのみに委ね
るのではなく、国が強力に重要技術の研究開発を進め、育成してい
く必要があり、そこで、経済安全保障を強化・推進するため、内閣
府や経済産業省、その他の関係府省が連携し、先端的な重要技術の
研究開発から技術実証までを迅速かつ柔軟に推進するため、本プロ
グラム※1が創設された。
※ 開発するレーザー技術を用いることで、レーザー等における消
費エネルギーを大幅に削減し、約655万トン/年のCO2削減を目指す。
なっている中、日本が技術的優位性を高め、不可欠性を確保には研
究基盤を強化はもちろんのこと、市場経済のメカニズムのみに委ね
るのではなく、国が強力に重要技術の研究開発を進め、育成してい
く必要があり、そこで、経済安全保障を強化・推進するため、内閣
府や経済産業省、その他の関係府省が連携し、先端的な重要技術の
研究開発から技術実証までを迅速かつ柔軟に推進するため、本プロ
グラム※1が創設された。
※ 開発するレーザー技術を用いることで、レーザー等における消
費エネルギーを大幅に削減し、約655万トン/年のCO2削減を目指す。
❏ 「世界初」半導体製造工程に量子技術導入、生産効率改善
2023年12月5日、ロームはQuanmaticと協働で半導体製造工程の一部
であるEDS（Electrical Die Sorting）工程に量子技術を試験導入して製
造工程における組み合わせ最適化を目指す実証が完了したと発表し
た。同実証で生産効率改善に一定の成果が得られたことから、ロー
ムは4月に本格導入を目指す。ここで。EDS工程とは。ウェハに形成
された集積回路チップの電気的動作が良好かどうかを判断するプロ
セス。EDS工程は大きく分けて、①ET Test & WBI工程(Electrical
Test & Wafer Burn In)、② Pre-Laser、③Laser Repair & Post Laser、④T
ape Laminate & Back Grinding、⑤Inkingの5段階がある。 まず、電気
的な特性を検査し、各チップが規定に適合した品質レベルに達して
いるか確認する。各検査過程で良品か判断し、修復(Repair)できる
と判定されたチップは 良品として作り直し、不良品と判定された
チップはインキング(Inking) を行い、その後の工程から取り除く。
このように、EDS工程はチップが良品かどうかを判断する第一関門
となり、半導体プロセスに欠 かせない工程。
であるEDS（Electrical Die Sorting）工程に量子技術を試験導入して製
造工程における組み合わせ最適化を目指す実証が完了したと発表し
た。同実証で生産効率改善に一定の成果が得られたことから、ロー
ムは4月に本格導入を目指す。ここで。EDS工程とは。ウェハに形成
された集積回路チップの電気的動作が良好かどうかを判断するプロ
セス。EDS工程は大きく分けて、①ET Test & WBI工程(Electrical
Test & Wafer Burn In)、② Pre-Laser、③Laser Repair & Post Laser、④T
ape Laminate & Back Grinding、⑤Inkingの5段階がある。 まず、電気
的な特性を検査し、各チップが規定に適合した品質レベルに達して
いるか確認する。各検査過程で良品か判断し、修復(Repair)できる
と判定されたチップは 良品として作り直し、不良品と判定された
チップはインキング(Inking) を行い、その後の工程から取り除く。
このように、EDS工程はチップが良品かどうかを判断する第一関門
となり、半導体プロセスに欠 かせない工程。
量子計算技術によるEDS工程の最適化 出所：ローム
via EE Times Japan
❏ 光 触媒 メタンの変換:現状 アート、課題、そして将来の展望②
１．はじめに
大気中のメタン濃度を下げるために 通じて エネルギー効率が高く、
環境に配慮した光触媒プロセス、素晴らしい 光触媒の効率的なシス
テムを利用するための努力がなされている メタン変換。ただし、
メカニズムは 触媒が異なれば、十分な検討と分析が必要。 さらに、
光触媒メタン変換の応用可能性 さまざまなメタン排出シナリオで、
これは非常に重要 その将来の実用化については、議論されていない。
この中で、 レビュー、光触媒とシステムの概要を提供します 光触
媒メタン変換プロセスの設計戦略 (形態制御による半導体設計を含
む、 ヘテロ原子ドーピング、ファセットエンジニアリング、助触媒
修飾、 電子スカベンジャーの利用)、これらの戦略がどのように パ
フォーマンス、メカニズム、および経路に影響を与えます。さらに、
まとめます 地球上の人為的メタン排出シナリオと分析 光触媒メタ
ン変換の応用可能性 これらのシナリオ。最後に、主な課題と展望
について概説します 光触媒によるメタン変換用。このレビューが
望ましい光触媒の開発に貴重なガイダンスを提供する メタン変換
システムと生産された処理のためのインスピレーション メタン。
２．メタンの光触媒変換の基礎
半導体のバンドギャップエネルギー（Eg）より高いエネルギーの光
照射下では、価電子帯（VB）上の電子が伝導帯（CB）に励起され、
VB上に正孔が生成されます。 生成された分離された電子と正孔は
半導体の表面に移動し、酸化還元反応に参加することができます。
(32) したがって、光触媒によるメタン変換の効率は 3 つの重要な
パラメーターによって決定され、ηtotal = ηabs × ηcs × ηredox
として説明できます。ここで、ηabs、ηcs、および ηredox は光
吸収効率、キャリア分離効率、および表面反応効率を示す。
それぞれ。 したがって、強い光吸収能力、効率的なキャリア分離
能力、およびメタン変換のための豊富な活性点を備えた光触媒を設
計するには、多大な努力を払う必要がある。 しかし、メタン変換と
汚染物質の酸化に関しては光触媒間に違いがあることは注目に値す
る。 汚染物質の酸化の場合、汚染物質を完全に（CO2、H2O、また
は少なくとも無害な生成物に）軽減するためには、通常、H2Oを効
率的に活性化して・OHにできる光触媒が必要。
図 2. 半導体ベースの光触媒によるメタン活性化メカニズムの
概略図
概略図
メタンは、光触媒作用により、気体生成物 (C2H6、C2H4、C3H8)や
液体生成物 (CH3OOH、CH3OH、CH3CH2OH、HCHO、HCOOH) などのさま
ざまな生成物に変換できる。 生成物の種類は反応系に関係。 たと
えば、C2H6 および C2H4は経済的価値が高く、通常はメタンの酸化
カップリング (4CH4 + O2 → 2C2H6 + 2H2O、ΔG0298 K = −32
0 kJ mol–1) またはメタンの非酸化カップリング (2CH4 → C2H6 +
H2) を介して目的生成物となる。ΔG0298 K = 68.6 kJ mol–1)、
気体-固体反応条件下では、液体含酸素化合物は液体-固体反応条件
下でメタンの部分酸化を介して合成できます。 液体-固体反応の場
合、•CH3 ラジカルは、O2 の存在下で•OOH と反応して (O2 + e-
+ H+ → •OOH)、CH3OOH を形成する傾向がある。
これは CH3OH に還元され、その後 HCHO/CO2 に酸化される。
さらに、・CH3 ラジカルは、・OH または H2O と反応して CH3 OH
を生成することもあります。 (31、44、45) 液体生成物の選択性は、
触媒表面でのそれらの脱着能力に関連する。 さらに、合成ガス (C
O および H2) は、メタンの水蒸気改質として知られる H2O (ガス)
または CO2 によるメタン改質 (CH4 + H2O → 3H2 + CO、ΔG0298
K = 142 kJ mol–1) を通じて得ることができます。 メタンの乾式
改質 (CH4 + CO2 → 2H2 + 2CO、ΔG0298 K = 171 kJ mol–1)。
(46-48) 一般に、メタンの非酸化カップリング、メタンの水蒸気
改質、メタンの乾式改質など、酸素が関与しない変換プロセスは熱
力学的に不利。 これらのプロセスは、供給される光エネルギーに
よって温和な条件下で駆動される。
液体生成物 (CH3OOH、CH3OH、CH3CH2OH、HCHO、HCOOH) などのさま
ざまな生成物に変換できる。 生成物の種類は反応系に関係。 たと
えば、C2H6 および C2H4は経済的価値が高く、通常はメタンの酸化
カップリング (4CH4 + O2 → 2C2H6 + 2H2O、ΔG0298 K = −32
0 kJ mol–1) またはメタンの非酸化カップリング (2CH4 → C2H6 +
H2) を介して目的生成物となる。ΔG0298 K = 68.6 kJ mol–1)、
気体-固体反応条件下では、液体含酸素化合物は液体-固体反応条件
下でメタンの部分酸化を介して合成できます。 液体-固体反応の場
合、•CH3 ラジカルは、O2 の存在下で•OOH と反応して (O2 + e-
+ H+ → •OOH)、CH3OOH を形成する傾向がある。
これは CH3OH に還元され、その後 HCHO/CO2 に酸化される。
さらに、・CH3 ラジカルは、・OH または H2O と反応して CH3 OH
を生成することもあります。 (31、44、45) 液体生成物の選択性は、
触媒表面でのそれらの脱着能力に関連する。 さらに、合成ガス (C
O および H2) は、メタンの水蒸気改質として知られる H2O (ガス)
または CO2 によるメタン改質 (CH4 + H2O → 3H2 + CO、ΔG0298
K = 142 kJ mol–1) を通じて得ることができます。 メタンの乾式
改質 (CH4 + CO2 → 2H2 + 2CO、ΔG0298 K = 171 kJ mol–1)。
(46-48) 一般に、メタンの非酸化カップリング、メタンの水蒸気
改質、メタンの乾式改質など、酸素が関与しない変換プロセスは熱
力学的に不利。 これらのプロセスは、供給される光エネルギーに
よって温和な条件下で駆動される。
3. メタン光変換性能を向上させる戦略
3.1. 半導体の設計
3.1. 半導体の設計
半導体は光触媒の重要な構成要素であり、光を吸収して電子 - 正孔
対を生成する役割を果たします。 メタンを光触媒的に変換するに
は、半導体の CB/VB 上の電子および/または正孔が、対応する化学
反応を引き起こすことが条件となる。 酸素を含む変換システムの
場合、半導体の CB は、O2/・O2- (E° = −0.33 V vs NHE、通常の
水素電極) または O2/・OOH (E°) の電気化学ポテンシャルよりも
負である必要がある。 = −0.05 V vs NHE）活性ラジカルを生成
する。 ZnO (44、49、50) と TiO2 (51) はどちらもメタンの好気的
変換に適した代替品です。 酸素を使用しない変換システムの場合、
メタンの C-H 結合は、h+ または •OH の攻撃によってのみ活性化
できる。 したがって、VB はメタン酸化 (CH4/・CH3、E° = 0.83
V vs NHE) または水酸化 (H2O/・OH、E° = 2.30 V vs NHE) の電
気化学ポテンシャルよりも正である必要がある。 ZnO、(30,31)
TiO2、(51) WO3、(52) および BiVO4 (53-55) はすべて、これらの
嫌気性変換システムでメタン変換を達成するのに適切な半導体と考
えられる。 それにもかかわらず、純粋な半導体は、光生成キャリ
アと欠損した活性サイトの急速な再結合によって制限される。
近年、形態制御、ヘテロ原子ドーピング、ファセットエンジニアリ
ング、助触媒修飾などのいくつかの戦略が提案されている。 これ
らの戦略については、次のセクションで詳しく説明する。
対を生成する役割を果たします。 メタンを光触媒的に変換するに
は、半導体の CB/VB 上の電子および/または正孔が、対応する化学
反応を引き起こすことが条件となる。 酸素を含む変換システムの
場合、半導体の CB は、O2/・O2- (E° = −0.33 V vs NHE、通常の
水素電極) または O2/・OOH (E°) の電気化学ポテンシャルよりも
負である必要がある。 = −0.05 V vs NHE）活性ラジカルを生成
する。 ZnO (44、49、50) と TiO2 (51) はどちらもメタンの好気的
変換に適した代替品です。 酸素を使用しない変換システムの場合、
メタンの C-H 結合は、h+ または •OH の攻撃によってのみ活性化
できる。 したがって、VB はメタン酸化 (CH4/・CH3、E° = 0.83
V vs NHE) または水酸化 (H2O/・OH、E° = 2.30 V vs NHE) の電
気化学ポテンシャルよりも正である必要がある。 ZnO、(30,31)
TiO2、(51) WO3、(52) および BiVO4 (53-55) はすべて、これらの
嫌気性変換システムでメタン変換を達成するのに適切な半導体と考
えられる。 それにもかかわらず、純粋な半導体は、光生成キャリ
アと欠損した活性サイトの急速な再結合によって制限される。
近年、形態制御、ヘテロ原子ドーピング、ファセットエンジニアリ
ング、助触媒修飾などのいくつかの戦略が提案されている。 これ
らの戦略については、次のセクションで詳しく説明する。
3.1.1. 形態制御
半導体は、その次元に応じて、ゼロ次元 (0D)、一次元 (1D)、二次
元 (2D)、および三次元 (3D) ナノ構造に分類できる。 ユニークな
ナノ構造を有するこれらの材料は、そのサイズ効果（0D量子ドット
）、大きな比表面積（2Dナノシート）、光の有効利用（3D多孔質材
料）により多くの注目を集めています。 (56,57) このパートでは、
形態と光触媒性能の関係についての詳細な説明を以下に示す。
元 (2D)、および三次元 (3D) ナノ構造に分類できる。 ユニークな
ナノ構造を有するこれらの材料は、そのサイズ効果（0D量子ドット
）、大きな比表面積（2Dナノシート）、光の有効利用（3D多孔質材
料）により多くの注目を集めています。 (56,57) このパートでは、
形態と光触媒性能の関係についての詳細な説明を以下に示す。
近年、量子サイズの半導体などの0D材料が、その大きな比表面積、
低コスト、短いキャリア伝達経路、および容易な表面官能化により、
有望な光触媒として浮上している。 サイズが1ミリメートルから5
ナノメートルに縮小されると、比表面積は106倍に増加する。
(このような状況下で、光触媒によるメタン変換における量子サイ
ズの BiVO4 ナノ粒子 (q-BiVO4、4.5 nm) の性能が Tang のグルー
プによって研究されました (図 3a)。 (59) バルク BiVO4 と比較
して、q-BiVO4 の生成物収率 (CH3OH および HCHO) は、表面積と
運動エネルギーの増大により 4 倍の向上を示した。 触媒のサイズ
が小さいにもかかわらず、形態、化学状態、および初期活性は、
5 回の光触媒サイクル (1 サイクルあたり 3 時間) 後もほとんど
変化せず。 •OH は CH4 の活性化と CH3OH のさらなる酸化に関与
するため (図 3b)、光源の波長を制御することが •OH 濃度と生成
物の選択性を変更する効果的な方法であることが示した。 具体的に
は、この反応では、可視光照射 (400 ～ 780 nm、170 mW cm-2、7
時間) では CH3OH に対して 96.6% の選択率が得られたが、紫外線
照射 (300 ～ 400 nm) では 86.7% という高い HCHO 選択率が達成
された。 nm、170 mW cm-2、3 時間）CH3OH の酸化が促進される。
低コスト、短いキャリア伝達経路、および容易な表面官能化により、
有望な光触媒として浮上している。 サイズが1ミリメートルから5
ナノメートルに縮小されると、比表面積は106倍に増加する。
(このような状況下で、光触媒によるメタン変換における量子サイ
ズの BiVO4 ナノ粒子 (q-BiVO4、4.5 nm) の性能が Tang のグルー
プによって研究されました (図 3a)。 (59) バルク BiVO4 と比較
して、q-BiVO4 の生成物収率 (CH3OH および HCHO) は、表面積と
運動エネルギーの増大により 4 倍の向上を示した。 触媒のサイズ
が小さいにもかかわらず、形態、化学状態、および初期活性は、
5 回の光触媒サイクル (1 サイクルあたり 3 時間) 後もほとんど
変化せず。 •OH は CH4 の活性化と CH3OH のさらなる酸化に関与
するため (図 3b)、光源の波長を制御することが •OH 濃度と生成
物の選択性を変更する効果的な方法であることが示した。 具体的に
は、この反応では、可視光照射 (400 ～ 780 nm、170 mW cm-2、7
時間) では CH3OH に対して 96.6% の選択率が得られたが、紫外線
照射 (300 ～ 400 nm) では 86.7% という高い HCHO 選択率が達成
された。 nm、170 mW cm-2、3 時間）CH3OH の酸化が促進される。
図 3.
0D 半導体は、他のコンポーネントと簡単に組み立てて、コアシェル
構造やヘテロ接合などの複雑な構造を形成できる。これにより、電
荷分離効率がさらに向上し、安定性が向上し、メタン変換の活性中
心が調整される、そのサイズが空乏層の幅に匹敵する場合、バルク
再結合が発生しやすくる。 したがって、0D 半導体のサイズは適切
に制御が必要。
この項つづく
今夜の一曲；「一期一会」一期一会のはかなさつらさ
人恋しさをつのらせる
忘れないよ遠<離れても短い日々も浅い縁(えにし）
忘れないで私のことよりあなたの笑顔を忘れないで
忘れないよ遠<離れても短い日々も浅い縁(えにし㈹
忘れないで私のことよりあなたの笑顔を忘れないで
あなたの笑顔を忘れないで
●今夜の寸評；災害は忘れたころにやって来る
19:00から自治会館にて防災委員会に出席（ブロックの避難誘導担当）
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