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Looking at Oxygen Storage Dynamics in Three-Way Catalysts
2022/11/22
掲載言語： 英語
A new isotope labeling and catalyst quenching-based direct visualization technique was developed by scientists at Tokyo Tech to explain the oxygen storage and release process in three-way catalysts
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自動車排ガス浄化触媒内部の酸素吸蔵過程を可視化 三元触媒反応の鍵となる酸素挙動を直接観察
2022/11/22
掲載言語： 日本語
要点 酸素同位体ラベリングにより、モデル三元触媒内の酸素吸蔵分布を可視化 第一原理計算や酸素放出・吸蔵シミュレーションを併用し、吸蔵過程を詳細に解析 三元触媒の排ガス浄化性能向上への寄与に期待 概要東京工業大学 工学院 システム制御系の長澤剛助教、佐藤進准教授、小酒英範教授らの研究チームは、同機械系の花村克悟教授、Hanyang University（漢陽大学、韓国）のKyeoungha
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燃料電池の電極反応場と三次元微細構造を同時観察 固体酸化物形燃料電池の電極反応解明と最適設計に向けて
2021/06/29
掲載言語： 日本語
要点-酸素同位体ラベリングと集束イオンビーム走査電子顕微鏡により実現-ミクロスケールの多孔質電極における反応分布と微構造の関係が明らかに-数値計算との直接比較や最適な電極構造設計に繋がる技術として期待概要東京工業大学工学院システム制御系の長澤剛助教、東京農工大学大学院工学研究院先端機械システム部門の
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超希薄燃焼と水噴射でガソリンエンジン熱効率52 ％を達成 温度成層化によるノッキング抑制と冷却損失低減効果
2020/04/24
掲載言語： 日本語
要点-空気過剰率を上げた超希薄燃焼ガソリンエンジンに筒内水噴射を適用-ピストン上に低温水蒸気層を形成し、ノッキングと冷却損失を効果的に低減-乗用車用ガソリンエンジンとして世界最高水準の図示熱効率52.6％を達成概要東京工業大学工学院システ
研究キーワード
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自動車排ガス後処理システム
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内燃機関
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固体酸化物形燃料電池
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エネルギー変換
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燃焼合成
研究分野
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ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 触媒プロセス、資源化学プロセス
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ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 反応工学、プロセスシステム工学
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ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 流体工学
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ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 熱工学
学歴
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東京工業大学 理工学研究科 機械制御システム専攻
2013年4月 - 2018年3月
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ジョージア工科大学 School of Materials Science and Engineering
2015年9月 - 2015年11月
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東京工業大学 工学部 機械科学科
2009年4月 - 2013年3月
国名： 日本国
経歴
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東京科学大学 工学院機械系 准教授
2024年10月 - 現在
国名：日本国
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東京工業大学 工学院機械系 准教授
2024年4月 - 2024年9月
国名：日本国
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東京工業大学 工学院システム制御系 助教
2018年4月 - 2024年3月
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日本学術振興会特別研究員DC2
2016年4月 - 2018年3月
論文
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Yeongjun Yoon, Tsuyoshi Nagasawa, Kyeounghak Kim
Korean Journal of Chemical Engineering 2025年2月
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Effect of flame temperature on structure and CO oxidation properties of Pt/CeO2 catalyst by flame-assisted spray pyrolysis 査読
Naoya Minegishi, Peizhou Li, Tsuyoshi Nagasawa, Hidenori Kosaka
Applications in Energy and Combustion Science 20 100303 2024年11月
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Visualization of oxide ion incorporation in CO2 electrolysis on LSCM-based cathodes of solid oxide electrolysis cell 査読
Kodai Takahashi, Tsuyoshi Nagasawa, Merika Chanthanumataporn, Katsunori Hanamura
Journal of Power Sources 595 234073 2024年1月
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Mechanistic study of oxygen reduction reaction on a Pd/CeO2-ZrO2 catalyst 査読
Hyo Min You, Tsuyoshi Nagasawa, Jae Woo Lee, Hyunguk Kwon, Kyeounghak Kim
Applied Surface Science 648 159045 2023年11月
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Three-dimensional numerical simulation of oxygen isotope transport in lanthanum strontium manganese - Yttria-stabilized zirconia cathode of solid oxide fuel cell 査読
Takaaki Shimura, Tsuyoshi Nagasawa, Naoki Shikazono, Katsunori Hanamura
International Journal of Hydrogen Energy 48 ( 50 ) 19233 - 19247 2023年2月
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Effects of Diesel Injector Nozzle Hole Deposit on Fuel Injection and Spray Characteristics 査読
Athiwat Butmarasri, Tsuyoshi Nagasawa, Hidenori Kosaka
International Journal of Automotive Engineering 13 ( 4 ) 177 - 187 2022年11月
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Visualization of oxygen storage process in Pd/CeO2-ZrO2 three-way catalyst based on isotope quenching technique 査読
Tsuyoshi Nagasawa, Atsushi Kobayashi, Susumu Sato, Hidenori Kosaka, Kyeounghak Kim, Hyo Min You, Katsunori Hanamura, Ami Terada, Takao Mishima
Chemical Engineering Journal 453 ( 2 ) 139937 2022年10月
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Structural Characterization of Ceria-Supported Pt Nanoparticles by Flame-Assisted Spray Pyrolysis Using a Burner Diffusion Flame 査読
Tsuyoshi Nagasawa, Kai Matsumoto, Naoya Minegishi, Hidenori Kosaka
Energy and Fuels 35 ( 15 ) 12380 - 12391 2021年7月
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Distribution of Reaction Sites in SOFC Cathode through Oxygen Isotope Labeling with Three-dimensional Microstructural Analysis 査読
Tsuyoshi Nagasawa, Takaaki Shimura, Naoki Shikazono, Katsunori Hanamura
Journal of The Electrochemical Society 168 ( 6 ) 064506 2021年6月
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壁面衝突する噴霧火炎と非燃焼燃料蒸発噴霧の局所熱伝達に及ぼす雰囲気条件と燃料噴射条件の影響 査読
鄭 載勳, 佐藤 進, 長澤 剛, 小酒 英範
日本機械学会論文集 86 ( 892 ) 20-00274 2020年12月
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Study on Effect of Nozzle Hole Length to Diameter Ratio on Near-Field Diesel Spray Characteristics at High Density Conditions 査読
Dittapoom Shinabuth, Tsuyoshi Nagasawa, Susumu Sato, Hidenori Kosaka
International Journal of Automotive Engineering 11 ( 4 ) 20204573 2020年11月
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SIエンジンにおける空気過剰率および筒内水噴射が壁面熱伝達に与える影響 査読
長澤 剛, 木村 岳, 神戸 聡一, 大倉 優一, 佐藤 進, 小酒 英範
自動車技術会論文集 51 ( 5 ) 739 - 746 2020年8月
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希薄燃焼SIエンジンにおける筒内水噴射方向が燃焼特性に与える影響 査読
長澤 剛, 神戸 聡一, 木村 岳, 佐藤 進, 小酒 英範
自動車技術会論文集 51 ( 5 ) 747 - 753 2020年8月
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Thermal efficiency improvement of super-lean burn spark ignition engine by stratified water insulation on piston top surface 査読
Tsuyoshi Nagasawa, Yuichi Okura, Ryota Yamada, Susumu Sato, Hidenori Kosaka, Takeshi Yokomori, Norimasa Iida
International Journal of Engine Research 22 ( 5 ) 1421 - 1439 2020年4月
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Investigation on Effect of Offset Orifice Nozzle under Multi Pulse Ultrahigh Pressure Injection and PPC Combustion Conditions 査読
Pop-Paul Ewphun, Miku Otake, Tsuyoshi Nagasawa, Hidenori Kosaka, Susumu Sato
International Journal of Automotive Engineering 11 ( 1 ) 20204127 2020年2月
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Combustion Characteristics of Offset Orifice Nozzle under Multi Pulse Ultrahigh Pressure Injection and PCCI Combustion Conditions 査読
Pop-Paul Ewphun, Miku Otake, Tsuyoshi Nagasawa, Hidenori Kosaka, Susumu Sato
SAE International Journal of Advances and Current Practices in Mobility 2 ( 2 ) 1002 - 1012 2020年1月
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Effect of injection pressure and ambient density on spray characteristics of diesel and biodiesel surrogate fuels 査読
Meshack Hawi, Hidenori Kosaka, Susumu Sato, Tsuyoshi Nagasawa, Ahmed Elwardany, Mahmoud Ahmed
Fuel 254 115674 2019年6月
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Direct Visualization of Oxygen Incorporation for Oxygen Reduction on Porous Mixed-Conducting LaSrCoO3 Cathode 査読
Merika Chanthanumataporn, Tsuyoshi Nagasawa, Katsunori Hanamura
Journal of The Electrochemical Society 166 ( 10 ) F581 - F586 2019年3月
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Investigation of oxide ion flux at cathode/electrolyte interface in solid oxide fuel cell 査読
Tsuyoshi Nagasawa, Katsunori Hanamura
Journal of Power Sources 412 695 - 700 2018年12月
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Microstructure-scaled active sites imaging of a solid oxide fuel cell composite cathode 査読
Tsuyoshi Nagasawa, Katsunori Hanamura
Journal of Power Sources 367 57 - 62 2017年9月
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Prediction of overpotential and effective thickness of Ni/YSZ anode for solid oxide fuel cell by improved species territory adsorption model 査読
Tsuyoshi Nagasawa, Katsunori Hanamura
Journal of Power Sources 353 115 - 122 2017年4月
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In situ Raman spectroscopic analysis of the coking resistance mechanism on SrZr0.95Y0.05O3-x surface for solid oxide fuel cell anodes 査読
Tsuyoshi Nagasawa, Dongchang Chen, Samson Yuxiu Lai, Meilin Liu, Katsunori Hanamura
Journal of Power Sources 324 282 - 287 2016年5月
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Masaru Kanie, Warit Ua-Amnueychai, Merika Chanthanumataporn, Keiji Asada, Tsuyoshi Nagasawa, Katsunori Hanamura
Mechanical Engineering Letters 1 15-00359 2015年7月
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Theoretical analysis of hydrogen oxidation reaction in solid oxide fuel cell anode based on species territory adsorption model 査読
Tsuyoshi Nagasawa, Katsunori Hanamura
Journal of Power Sources 290 168 - 182 2015年5月
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Tsuyoshi Nagasawa, Katsunori Hanamura
Journal of Thermal Science and Technology 10 ( 1 ) 15-00112 2015年4月
MISC
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同位体イメージングによる排ガス浄化三元触媒の酸素吸蔵可視化と解析 招待
長澤 剛
セラミックス 60 ( 10 ) 688 - 691 2025年10月
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火炎合成による排ガス浄化触媒の構造制御と粒子生成機構解明に向けたマルチスケール解析 招待
峯岸 直也, 長澤 剛, 小酒 英範
JSAE Engine Review 15 ( 8 ) 2025年9月
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火炎合成による担持金属触媒の創成と構造制御 招待
長澤 剛
日本機械学会熱工学部門ニュースレター 105 9 - 15 2025年4月
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COMODIA2025開催のご案内 招待
森吉 泰生, 長澤 剛
日本機械学会エンジンシステム部門ニュースレター 73 1 - 2 2025年3月
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レポート：第34回内燃機関シンポジウム，排気・燃焼生成物・後処理2 招待
長澤 剛
JSAE Engine Review 14 ( 1 ) 2024年2月
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層状水蒸気遮熱による超希薄燃焼ガソリンエンジンの熱効率向上 招待
長澤 剛, 小酒 英範
自動車技術 77 ( 12 ) 52 - 57 2023年12月
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水噴射を巧みに操り超希薄燃焼ガソリンエンジンの熱効率を大幅アップ 招待
長澤 剛, 小酒 英範
日本機械学会誌 125 ( 1245 ) 40 - 41 2022年8月
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筒内水噴射による超希薄燃焼ガソリンエンジンの熱効率向上技術 -現象解明と最適化に向けた研究- 招待
長澤 剛, 小酒 英範
JSAE Engine Review 12 ( 4 ) 2022年8月
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酸素同位体ラベリングによるSOFCの空気極反応場と三次元微細構造の同時観察 招待
長澤 剛, 志村 敬彬, 鹿園 直毅, 花村 克悟
燃料電池 21 ( 4 ) 13 - 19 2022年4月
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固体酸化物形燃料電池の電極反応場と三次元微細構造の同時観察技術 招待
長澤 剛, 志村 敬彬
クリーンエネルギー 31 ( 1 ) 9 - 14 2022年1月
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スーパーリーンバーンと筒内水噴射の融合が示した超高熱効率ガソリンエンジンの可能性 招待
長澤 剛, 佐藤 進, 小酒 英範
JSAE Engine Review 10 ( 4 ) 2020年6月
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日本伝熱学会奨励賞を受賞して 招待
長澤 剛
伝熱 57 ( 240 ) 15 2018年7月
受賞
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日本機械学会動力エネルギーシステム部門 優秀講演表彰
2023年11月
長澤 剛
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学術講演会優秀講演発表賞
2023年5月 自動車技術会
長澤 剛
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日本機械学会賞（論文）
2022年4月 日本機械学会
長澤 剛, 大倉 優一, 山田 涼太, 佐藤 進, 小酒 英範, 横森 剛, 飯田 訓正
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令和3年度工学院若手奨励賞
2021年10月 東京工業大学
長澤 剛
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AUTSE Young Scientist Award
2020年 Asian Union of Thermal Science and Engineering
Tsuyoshi Nagasawa
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平成30年度手島精一記念研究賞 博士論文賞
2019年3月 東京工業大学
長澤 剛
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日本伝熱学会奨励賞
2018年5月 日本伝熱学会
長澤 剛
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Best Poster Award, 4th UK-Japan Engineering Education League Workshop
2016年8月 UK-Japan Engineering Education League
Tsuyoshi Nagasawa
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優秀プレゼンテーション賞，第53回日本伝熱シンポジウム
2016年5月 日本伝熱学会
長澤 剛
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武藤栄治賞優秀学生賞
2013年3月 日本設計工学会
長澤 剛
共同研究・競争的資金等の研究課題
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マルチスケールその場計測による低温スス酸化反応メカニズムの解明
研究課題/領域番号：25K07617 2025年4月 - 2029年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
中村 真季, 長澤 剛
配分額：4550000円 （ 直接経費：3500000円 、 間接経費：1050000円 ）
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薄膜モデル触媒と同位体可視化を用いた高温反応界面の速度論解析補助事業
2025年4月 - 2026年3月
公益財団法人JKA 競輪とオートレースの補助事業（個別研究）
担当区分：研究代表者
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乗用車および重量車の合成燃料利用効率の向上とその背反事象の改善に関する技術開発
2024年4月 - 2026年3月
NEDOグリーンイノベーション基金事業
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気相燃焼合成による担持金属触媒構造の制御と粒子生成機構解明
2024年4月 - 2026年3月
自動車用内燃機関技術研究組合(AICE) 萌芽的研究
担当区分：研究代表者
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燃焼場を用いた多様な複合微粒子デザイン基盤の構築補助事業
2024年4月 - 2025年3月
公益財団法人JKA 競輪とオートレースの補助事業（個別研究）
担当区分：研究代表者
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パターン触媒・電極を用いた高解像同位体可視化に基づく局所速度論パラメータ計測
2024年1月 - 2025年3月
精密測定技術振興財団 精密測定技術振興のための調査・研究事業
長澤 剛
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超高解像計測を基盤とする気固界面輸送反応場の革新的モデリング技術創出補助事業
2023年4月 - 2024年3月
公益財団法人JKA 競輪とオートレースの補助事業（個別研究）
長澤 剛
担当区分：研究代表者
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気相燃焼合成による高活性・高耐久な排ガス浄化触媒の創成
2022年12月 - 2024年3月
自動車用内燃機関技術研究組合(AICE) 萌芽的研究
担当区分：研究代表者
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気相燃焼合成による多孔質反応場エンジニアリング
研究課題/領域番号：22H01413 2022年4月 - 2026年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(B) 基盤研究(B)
長澤 剛, 小酒 英範
配分額：17940000円 （ 直接経費：13800000円 、 間接経費：4140000円 ）
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気相燃焼合成による多孔質反応場エンジニアリング
研究課題/領域番号：23K22684 2022年4月 - 2026年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(B)
長澤 剛, 小酒 英範
配分額：17940000円 （ 直接経費：13800000円 、 間接経費：4140000円 ）
本研究では簡便かつ構造制御性の高い多孔質電極・触媒作製手法として，気相燃焼合成に着目している．今年度は前駆体供給法が超音波噴霧型の燃焼合成装置を用い，火炎温度や前駆体濃度を変化させて白金/セリアナノ粒子の合成を行い，これらの条件が構造，比表面積，貴金属分散度，ＣＯ触媒酸化活性に与える影響を調査した．その結果，最高火炎温度が１５２６Ｋ，１７８５Ｋ，２０２６Ｋと増加するに従い，セリア粒子の形状は数百ナノメートル程度の球状の形状から，数ナノメートルの微細粒子の凝集体へと変化する．これに伴い，ＢＥＴ法による比表面積とＣＯパルス吸着による白金分散度は共に火炎温度が上昇するにつれて増加することが明らかになった．またＣＯ酸化活性も合成温度が高温なほど，高くなることが分かった．
さらに，燃焼合成粒子の耐熱凝集性を従来の含侵法粒子と比較した．その結果，加熱劣化後（９５０℃, ２５時間, 大気中）における燃焼合成粒子の白金比表面積は含浸法と比較して１０倍程大きく，含浸法よりも高い耐熱劣化性能を示していることが明らかとなった．
また新たにスプレーノズル型の燃焼合成装置の構築に着手した．本方式は前駆体溶液自体が熱源となって燃焼が行われるため，これまで使用してきた超音波噴霧型と比較して高い温度域での粒子合成が可能となり，燃料噴射条件によって供給液滴径の制御も可能となる．２０２２年度は主要部品であるスプレーノズル燃焼器の仕様決定，設計，製作を完了した． -
同位体ラベリング計測と逆解析に基づく高温電極・触媒内局所反応速度測定法の開発
2022年4月 - 2023年3月
精密測定技術振興財団 精密測定技術振興のための調査・研究事業
長澤 剛
担当区分：研究代表者
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壁面熱流動・熱伝達複合計測に基づく超希薄燃焼ガソリンエンジンの層状水蒸気遮熱効果の解明
2021年4月 - 2022年3月
第5回テクノバ賞研究助成
長澤 剛
担当区分：研究代表者
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燃焼合成によるナノ粒子三次元構造制御技術の確立と担持金属触媒への応用
研究課題/領域番号：20K14665 2020年4月 - 2023年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 若手研究 若手研究
長澤 剛
配分額：4160000円 （ 直接経費：3200000円 、 間接経費：960000円 ）
自動車の排ガス浄化システムや燃料改質の触媒として広く使用される担持金属触媒においては，高温にて耐凝集性を有する構造の実現が望まれる．本研究では気相燃焼合成法を用い，白金/セリアをモデル系として様々な条件においてナノ粒子合成を実施し，粒子構造制御因子の解明と貴金属の凝集を抑制しつつ高い比表面積を有する最適な触媒構造の実現を目指す．
前駆体溶液を超音波振動で霧化して拡散バーナ火炎中へと供給するタイプの燃焼合成装置を用い（火炎噴霧熱分解法），火炎温度および前駆体濃度が白金/セリアナノ粒子の構造に与える影響を調査した．火炎温度一定で前駆体濃度を変化させたところ，濃度の減少に伴ってセリアの粒径は減少する一方，白金の粒径は大きく影響を受けないことが明らかとなった．また高濃度の前駆体溶液を用いた場合，中空のセリア粒子が多く観察された．次に前駆体濃度一定で火炎温度を変化させたところ，高温条件においては10nm以下の細かい粒子が主に生成され，低温になるにつれて100nm程度の大きい粒子の生成が支配的になる傾向が見られた．これらに加え，低温においては多結晶構造を有するセリア粒子が多く確認され，また白金粒径は低温ほど小さくなることが明らかとなった．以上の結果をもとに，気相反応による粒子生成ルートと液滴からの生成ルートそれぞれにおける白金/セリアナノ粒子生成メカニズムの考察を行った．
高比表面積，貴金属高分散性が要求される触媒粒子としては，一般に粒径は小さい方が有利となる．そこで上記の結果より微細な粒子が得られる高温火炎を用い，粒子捕集効率の向上および捕集時間の短縮のために流路を改良し，前駆体濃度を増加させた上で，白金/セリア粒子の合成を行った．得られた粒子のBET比表面積は112.4 m2/g，COパルス吸着法による白金比表面積は2.4 m2/g（白金分散度19.7%）であった． -
火炎式噴霧熱分解を用いた複合ナノ粒子構造制御による担持金属触媒の高分散・高耐久化
研究課題/領域番号：19K21068 2019年4月 - 2020年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 研究活動スタート支援 研究活動スタート支援
長澤 剛
配分額：2990000円 （ 直接経費：2300000円 、 間接経費：690000円 ）
燃料電池の電極や燃料改質・排ガス浄化用触媒として広く使用される担持金属触媒においては，小さな金属粒子サイズと高い分散状態を長時間維持できる構造の開発が強く望まれる．本研究では，燃焼合成によって金属が担体マトリックスに固定化された複合ナノ粒子を作製し，金属粒子の凝集を防ぎつつ高い比表面積・分散状態を有する触媒構造を実現することを目的とする．二重管構造の拡散火炎バーナーを有する燃焼合成装置を製作し，前駆体溶液は超音波振動によって霧化してバーナー火炎中に供給する構造とした．本装置を用いて白金/セリアナノ粒子の合成を行い，3次元構造を含む詳細な構造解析を実施した．
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多角的光学計測による次世代超希薄燃焼ガソリンエンジン壁面近傍の熱流動現象及び成層水噴射効果の解明
2019年4月 - 2020年3月
マツダ財団 第35回マツダ研究助成
長澤 剛
担当区分：研究代表者
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噴霧燃焼合成による固体酸化物型燃料電池電極の一括成膜技術の開発
2018年4月 - 2019年3月
平成30年度日新製糖奨学育英基金
長澤 剛
担当区分：研究代表者
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同位体クエンチ可視化による固体酸化物型燃料電池電極内の電流密度・過電圧分布定量化
2018年4月 - 2019年3月
服部報公会 平成30年度工学研究奨励援助金
長澤 剛
担当区分：研究代表者
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原子ラベリング・ＦＩＢ－ＳＥＭ融合によるＳＯＦＣ燃料極の３次元イオン分布計測
研究課題/領域番号：16J03479 2016年4月 - 2018年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 特別研究員奨励費 特別研究員奨励費
長澤 剛
配分額：2300000円 （ 直接経費：2300000円 ）
本研究は固体酸化物型燃料電池（SOFC）の多孔質電極内反応場分布を，反応のクエンチと同位体ラベリングを用いて明らかにしようとするものである．昨年度までに，ヘリウムガスの衝突噴流によるSOFCのクエンチと酸素同位体ラベリングにより，空気極の反応場分布を電極微構造スケールで取得することに成功している．このため本年度は，同手法を用いてLSM（ランタンストロンチウムマンガナイト）/YSZ（イットリア安定化ジルコニア）空気極内部の反応場をより詳細かつ定量的に調べた．
酸化物イオンの拡散が速い電解質（YSZ）部分における同位体酸素分布を得るために，発電温度を800℃から700℃へと下げて実験を行った．同位体酸素を用いて700℃において発電を行い，その後ヘリウムガスの衝突噴流によってSOFCを１秒程度でクエンチした．クエンチ後の電解質/空気極界面における断面内同位体酸素分布を高空間分解能の二次イオン質量分析計にて計測した．その結果，空気極/電解質界面近傍でのみLSM粒子内部への同位体酸素拡散が見られたことから，この界面近傍で酸素の化学ポテンシャルが大きく低下していること，すなわち過電圧が増加していることが明らかとなった．また可視化結果から得られたYSZ電解質部分の同位体酸素プロファイルを半無限固体の１次元拡散方程式にて解析し，そこから電解質/空気極界面における酸化物イオンフラックスを定量的に見積もった．その結果，空気極から流れ込む酸化物イオンフラックスのうちの２～３割が電解質/空気極界面から，残りの７～８割が多孔質空気極部分から流入していることが明らかとなった．