空間選択性・配向性・長さが精密に制御された１次元ナノ材料の作製および応用展開

• Project/Area Number: 13J10817
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Inorganic materials/Physical properties
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 岡田 健司 大阪府立大学, 工学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥3,960,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2015: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2014: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: チタン酸ナノチューブ / 金属水酸化物 / 1次元ナノ材料 / 表面機能化 / 無水ゾル-ゲル / ナノチューブ / チタン酸 / 水酸化物 / 無機材料 / 機能性界面 / ゾル-ゲル / MOF / ゾルーゲル

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、酸化物、金属水酸化物の表面修飾に関する研究を行った。酸化物/金属水酸化物ナノ粒子の表面化学特性の制御は、触媒を主とした応用展開においては重要な研究テーマである。従来の水溶液プロセスでは得られる酸化物/金属水酸化物の表面は水酸基の状態である。そこで、無水ゾル-ゲル反応を用い酸化物の合成ならびに表面修飾を行うことで、表面特性の制御を試みた。まず無水ゾル-ゲル反応で酸化物ナノ粒子を作製し、その後、条件を制御した状態で機能化分子と反応させる事で、表面機能分子の数、金属原子との結合状態の制御を行った。具体的には、酸化物表面を最適な量の水(enriched H217O)と反応させることで、表面水酸基(17OH)の数の制御および金属原子と17OHとの結合状態(isolated状態、Vicinal、Geminal状態等)の変化を調査した。解析には固体NMRを用いた。詳細な解析については現在も進行中である。

また、昨年度合成に成功した、チタン酸ナノチューブの絡み合いにより形成されたメソ/マクロ孔を有するモノリス体を比較的低温(400℃以下)で熱処理することで、メソ/マクロ孔を有するブロンズ型酸化チタンのバルク体の合成に成功した。ブロンズ型酸化チタンはリチウムイオン電池の電極として有望であり、メソ/マクロ孔の存在により優れた電池特性を示す事が予想され、現在評価中である。

また、研究課題である『空間選択性・配向性・長さが精密に制御された1次元ナノ材料の作製および応用展開』に関する研究の成果を、The XVIII International Sol-Gel conferenceにてポスター発表を行い、優れた研究成果と認められたため、『Excellent Poster Award』受賞、また、日本ゾルゲル学会第13回討論会においても発表を行い、その成果が認められたため『ベストポスター賞』受賞に至った。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Macroporous Titanate Nanotube/TiO2 Monolith for Fast and Large-Capacity Cation Exchange (2015)
  • Author(s): K. Okada, G. Asakura, Y. Tokudome, A. Nakahira, M. Takahashi
  • Journal Title: Chem. Mater. Volume: 27 Issue: 5 Pages: 1885-1891
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.5b00184
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Positioning of the HKUST-1 Metal-Organic Framework (Cu3(BTC)2) Through Conversion of Insoluble Cu-based Precursors (2015)
  • Author(s): T. Toyao, K. Liang, K. Okada, R. Ricco, M. J. Styles, Y Tokudome, Y. Horiuchi, A. J. Hill, M. Takahashi, M. Matsuoka, P. Falcaro
  • Journal Title: Inorganic Chemistry Frontiers Volume: 2 Issue: 5 Pages: 1-1
  • DOI: 10.1039/c4qi00215f
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Copper conversion into Cu(OH)2 nanotubes for positioning Cu3(BTC)2 MOF crystals: controlling the growth on flat plates, 3D architectures and as patterns (2014)
  • Author(s): K. Okada, R. Ricco, Y. Tokudome, M. J. Styles, A. J. Hill, M. Talahashi, P. Falcaro
  • Journal Title: Advanced Functional Materials Volume: 24 Issue: 14 Pages: 1969-1977
  • DOI: 10.1002/adfm.201303303
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Micropattern formation by molecular migration via UV-induced dehydration of block copolymer (2014)
  • Author(s): K. Okada, Y. Tokudome, R. Makiura, K. Konstas, L. Malfatti, P. Innocenzi, H. Ogawa, T. Kanaya, P. Falcaro, M. Takahashi
  • Journal Title: Advanced Functional Materials Volume: 24 Issue: 19 Pages: 2801-2809
  • DOI: 10.1002/adfm.201302812
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Switchable and Reversible Water Adhesion on Superhydrophobic Titanate Nanostructures Fabricated on Soft Substrates : Photopatternable Wettability and Thermomodulatable Adhesivity (2013)
  • Author(s): Y. Tokudome, K. Okada, A. Nakahira, M. Takahashi
  • Journal Title: Journal of Materials Chemistry A Volume: 2 Issue: 1 Pages: 58-61
  • DOI: 10.1039/c3ta13536e
  • Peer Reviewed
• [Presentation] チタン酸ナノチューブの絡み合いによる階層的多孔構造をもつバルク体の形成とイオン交換体としての応用 (2015)
  • Author(s): 岡田 健司、徳留 靖明、中平敦、高橋 雅英
  • Organizer: 日本ゾルゲル学会 第13回討論会
  • Place of Presentation: 北海道
  • Year and Date: 2015-11-19
• [Presentation] Switchable water adhesion on superhydrophobic surface from titanate nanotube brush (2015)
  • Author(s): Kenji Okada, Yasuaki Tokudome, Atsushi Nakahira, Masahide Takahashi
  • Organizer: The XVIII International Sol-Gel conference
  • Place of Presentation: 京都(メルパルク京都)
  • Year and Date: 2015-09-06
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Site-selective formation of Cu3(BTC)2 MOFs on 3D copper surface (2014)
  • Author(s): 岡田 健司
  • Organizer: 4th International Conference on Metal-Organic Frameworks and Open Framework Compounds
  • Place of Presentation: 神戸コンベンションセンター
  • Year and Date: 2014-09-28 – 2014-10-01
• [Presentation] チタン酸ナノチューブブラシを用いた可逆的吸着性を示す超撥水膜の形成 (2014)
  • Author(s): 岡田 健司
  • Organizer: 日本ゾル-ゲル学会 第12回討論会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場
  • Year and Date: 2014-08-07
• [Presentation] Surface functionalities derived from hydroxide nanotubes brushes (2014)
  • Author(s): 岡田 健司
  • Organizer: CAS-CSIRO Annual joint conference on Advanced Materials
  • Place of Presentation: オーストラリア、ブリスベン
  • Year and Date: 2014-07-06
  • Invited
• [Presentation] Direct photo patterning of mesoporous Silica thin film via UV-induced dehydration of block copolymers (2014)
  • Author(s): 岡田 健司
  • Organizer: SiO2, Advanced Dielectrics and Related Devices
  • Place of Presentation: イタリア、カリアリ
  • Year and Date: 2014-06-16 – 2014-06-18
• [Presentation] UV誘起分子移動を用いたPEO-PPO-PEOブロックコポリマーパターンニング (2014)
  • Author(s): 岡田 健司
  • Organizer: 平成26年度粉体粉末冶金協会春季大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学
  • Year and Date: 2014-06-03 – 2014-06-05
• [Presentation] Cu (OH)_2表面でのCu_2 (bdc)_2型MOFの配向成長 (2014)
  • Author(s): 岡田 健司
  • Organizer: 日本セラミックス協会2014年年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学
  • Year and Date: 2014-03-19
• [Presentation] チタン酸ナノチューブブラシを用いた機能性界面の創出 (2013)
  • Author(s): 岡田 健司
  • Organizer: 第5回関西無機機能性材料研究会
  • Place of Presentation: 関西大学
  • Year and Date: 2013-12-21
• [Presentation] ZnOナノロッドを前駆体としたフレキシブル基板上へのMOFs (ZIF-8)の形成 (2013)
  • Author(s): 岡田 健司
  • Organizer: 日本セラミックス協会第26回秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 信州大学
  • Year and Date: 2013-09-05
• [Presentation] Titanate nanotube brushes for functional interfacial apphcations (2013)
  • Author(s): 岡田 健司
  • Organizer: The XVII International Sol-Gel Conference
  • Place of Presentation: スペイン・マドリッド
  • Year and Date: 2013-08-26
• [Presentation] チタン酸ナノチューブブラシを用いた機能性界面の創出 (2013)
  • Author(s): 岡田 健司
  • Organizer: 第8回日本セラミックス協会関西支部学術講演会
  • Place of Presentation: 龍谷大学
  • Year and Date: 2013-07-26
• [Presentation] Titanate nanotube Brushes for Functional Interfacial Applications. (2013)
  • Author(s): 岡田 健司
  • Organizer: CIPS2013 (CSIRO Intelligent Processing Symposium and Workshop)
  • Place of Presentation: オーストラリア・メルボルン
  • Year and Date: 2013-05-31