動的ナノ粒子の特性解析

• Project/Area Number: 21H04639
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 28:Nano/micro science and related fields
• Research Institution: Kyoto Institute of Technology
• Principal Investigator: 中西 英行 京都工芸繊維大学, 材料化学系, 教授 (20619655)
• Project Period (FY): 2021-04-05 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥41,470,000 (Direct Cost: ¥31,900,000、Indirect Cost: ¥9,570,000); Fiscal Year 2025: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2024: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2023: ¥9,750,000 (Direct Cost: ¥7,500,000、Indirect Cost: ¥2,250,000); Fiscal Year 2022: ¥9,750,000 (Direct Cost: ¥7,500,000、Indirect Cost: ¥2,250,000); Fiscal Year 2021: ¥10,010,000 (Direct Cost: ¥7,700,000、Indirect Cost: ¥2,310,000)
• Keywords: 結晶成長 / 結合エネルギー / 結合サイト / ナノ結晶 / 粒径制御 / 形状制御 / 表面原子配列 / 配位数 / 電子状態

Outline of Research at the Start

現代の技術社会を支える材料は、高分子、金属、セラミックスに大別することができる。この中で、金属は、優れた熱伝導性、電気伝導性、触媒作用を有する事が特長であるが、標準環境温度圧力（SATP）付近で固体状態にあり、加工しづらい欠点がある。この研究では、SATP付近で、わずかな環境の変化によって融解する特殊な金属ナノ結晶の性質を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

研究の目的と研究実施計画に沿って、前年度に引き続き、今年度も溶媒中における有機分子と金属ナノ結晶の特性について調べた。核生成させた後、段階的に核成長させて合成した、単分散な金属ナノ結晶において、平均粒径によって、金属と有機分子の結合と解離のしやすさが大きく変化することを定量的に明らかにした。また、異なる合成温度で作製した金属ナノ結晶において、平均粒径がほぼ一定の条件にも関わらず、合成温度によって、結合と解離のしやすさは、同様に、大きく変化することが観察された。これらの結果から、金属ナノ結晶の表面に露出している金属原子の配列によって、分子の結合の安定性が決定づけられると考えられた。実験で得られた結合と解離のしやすさを特徴付けるパラメータの値は、過去の研究で報告された平滑な金属に作用する有機分子の場合と比べて、大きく異なる値を示し、本研究で着目している反応系においては、結合が不安定で、有機分子が金属ナノ結晶から外れやすいことが定量的に示された。その特性に基づいて、合理的な金属ナノ結晶の利用方法も検討した。具体的に、その独自の特性を活用し、合理的な方法で有機分子を金属ナノ結晶から外すと、室温付近でも、金属ナノ結晶は不安定化し、結晶は粗大化して、連結した金属の構造体へと発達させることができた。一般に、有機分子が表面に結合している状態では、金属ナノ結晶の間の電子移動は大きく抑制されるため、金属ナノ結晶の多層膜は絶縁体に近い電気伝導率を示す。それに対して、連結した構造（形態）に発達させた金属は、本来の金属に近い、高い電気伝導率を示すことが確認された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究実施計画の通り、順調に進んでいるため。

Strategy for Future Research Activity

目的とする金属ナノ結晶の性質について引き続き詳しく調べていく。

Research Products

• [Int'l Joint Research] BUTE(ハンガリー)
• [Int'l Joint Research] Mahatma Gandhi Central University,(インド)
• [Int'l Joint Research] シンガポール国立大学(シンガポール)
• [Int'l Joint Research] ブダペスト工科経済大学(ハンガリー)
• [Int'l Joint Research] BUTE(ハンガリー)
• [Journal Article] Synergistic Effect of Nickel and Cobalt in Nanowire Array for High Energy Storage with Rapid Charge Transfer in Asymmetric Supercapacitor (2023)
  • Author(s): Pandey Ravi Ranjan、Kashyap Yashvant、Andola Anshu、Nakanishi Hideyuki、Pandey Rakesh K.
  • Journal Title: ChemistrySelect Volume: 8 Issue: 29
  • DOI: 10.1002/slct.202302042
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Oppositely Charged Nanoparticles Precipitate Not Only at the Point of Overall Electroneutrality (2023)
  • Author(s): Itatani Masaki、Hollo Gabor、Zambo Daniel、Nakanishi Hideyuki、Deak Andras、Lagzi Istvan
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry Letters Volume: 14 Issue: 40 Pages: 9003-9010
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.3c01857
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Core?Shell Ni/Ni(OH)₂ Nanowire Array for Asymmetric Supercapacitors (2023)
  • Author(s): Andola Anshu、Pandey Ravi Ranjan、Kashyap Yashvant、Pandey Himani、Nakanishi Hideyuki、Pandey Rakesh K.
  • Journal Title: ACS Applied Nano Materials Volume: 7 Issue: 2 Pages: 1701-1712
  • DOI: 10.1021/acsanm.3c04816
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] In Situ Observation of Perovskite Quantum Dots Driven by Photopolymerization Controlled Using a Digital Micromirror Device (2023)
  • Author(s): Tanaka Hayato、Lagzi Istv?n、Nakanishi Hideyuki
  • Journal Title: Advanced Optical Materials Volume: 12 Issue: 5 Pages: 2302574-2302574
  • DOI: 10.1002/adom.202302574
  • Int'l Joint Research
• [Journal Article] Patterning Perovskite Quantum Dots Using Photopolymerization (2023)
  • Author(s): Morinaga Mamoru、Iwaki Takuto、Tanaka Hayato、Lagzi Istv?n、Nakanishi Hideyuki
  • Journal Title: ACS Applied Materials & Interfaces Volume: 15 Issue: 13 Pages: 17152-17162
  • DOI: 10.1021/acsami.2c23162
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Self-assembly of graphene oxide flakes for smart and multifunctional coating with reversible formation of wrinkling patterns (2022)
  • Author(s): Su Xinran、Pandey Rakesh K.、Ma Junhao、Lim Wei Chun、Ao Chi Kit、Liu Changhui、Nakanishi Hideyuki、Soh Siowling
  • Journal Title: Soft Matter Volume: 18 Issue: 18 Pages: 3546-3556
  • DOI: 10.1039/d1sm01834e
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Glycocalyx Components Detune the Cellular Uptake of Gold Nanoparticles in a Size- and Charge-Dependent Manner (2022)
  • Author(s): Peter Beatrix、Kanyo Nicolett、Kovacs Kinga Dora、Kov?cs Viktor、Szekacs Inna、P?cz B?la、Moln?r Kinga、Nakanishi Hideyuki、Lagzi Istvan、Horvath Robert
  • Journal Title: ACS Applied Bio Materials Volume: 6 Issue: 1 Pages: 64-73
  • DOI: 10.1021/acsabm.2c00595
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Metastable nanoporous palladium evolving from palladium nanocrystals (2021)
  • Author(s): Teraji, S., Samitsu, S., Tran-Cong-Miyata, Q., Norisuye, T. & Nakanishi, H.
  • Journal Title: ChemNanoMat Volume: 7 Issue: 10 Pages: 1099-1103
  • DOI: 10.1002/cnma.202100299
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Design of non-autonomous pH oscillators and the existence of chemical beat phenomenon in a neutralization reaction (2021)
  • Author(s): Lawson, H. S., Hollo, G., Nemet, N., Teraji, S., Nakanishi, H., Horvath, R. & Lagzi, I.
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 11 Issue: 1 Pages: 11011-11011
  • DOI: 10.1038/s41598-021-90301-8
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Patterning silver nanowires by inducing transient concentration gradients in reaction mixtures (2021)
  • Author(s): Tanaka, H., Morinaga, M., Tran-Cong-Miyata, Q., Norisuye, T., Hollo, G., Lagzi, I. & Nakanishi, H.
  • Journal Title: ACS Appl. Mater. Interfaces Volume: 13 Issue: 50 Pages: 60462-60470
  • DOI: 10.1021/acsami.1c19433
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Patterning Nanocrystals Using Photopolymerization (2024)
  • Author(s): Hideyuki Nakanishi
  • Organizer: Japanese-Hungarian Workshop on Nonlinear Dynamics in Colloids and Interface Sciences
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] デジタルマイクロミラーデバイスを利用したペロブスカイト量子ドットのパターニング (2024)
  • Author(s): 中西英行
  • Organizer: 第7回 NEXT高分子（関西）交流会
• [Presentation] Patterning Perovskite Quantum Dots Using Photopolymerization (2024)
  • Author(s): Hideyuki Nakanishi
  • Organizer: International Conference on Recent Trends in Chemical Sciences (RTCS-2024)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 金属ナノ粒子を利用した導電性高分子の開発 (2023)
  • Author(s): 小島渚, 中西英行
  • Organizer: 第72回高分子学会年次大会
• [Presentation] 銀ナノ粒子の構造発展の解析 (2023)
  • Author(s): 新屋敷大志, 中西英行
  • Organizer: 第72回高分子学会年次大会
• [Presentation] パターン光照射によるペロブスカイト量子ドットのパターニング (2023)
  • Author(s): 岩城卓利, 森永守, 森脇光滝, 中西英行
  • Organizer: 第72回高分子学会年次大会
• [Presentation] 光重合によるナノ結晶のパターニング (2023)
  • Author(s): 森永守, 船曳貴夫, 田中敬人, 中西英行
  • Organizer: 第32回ポリマー材料フォーラム
• [Presentation] 内部に金属を組み込んだ伸縮性導体の開発 (2023)
  • Author(s): 福井康平, 綾井康平, 中西英行
  • Organizer: 第32回ポリマー材料フォーラム
• [Presentation] 室温で融解する金属ナノ結晶の特性解析とポリマー材料への応用 (2023)
  • Author(s): 射場亮, 水口帆乃香, 中西英行
  • Organizer: 第32回ポリマー材料フォーラム
• [Presentation] 無機/金属複合系高分子材料の研究 (2023)
  • Author(s): 中西英行
  • Organizer: 第166回ニューガラス研究会
  • Invited
• [Presentation] 光を用いたペロブスカイト量子ドットのパターニング (2022)
  • Author(s): 森永守、岩城卓利、中西英行
  • Organizer: 第71回高分子討論会
• [Presentation] 熱力学的駆動力を利用したペロブスカイト量子ドットのパターニング (2022)
  • Author(s): 岩城卓利、森永守、中西英行
  • Organizer: 第71回高分子討論会
• [Presentation] 金属ナノ粒子をパターニングしたポリマーフィルムの作製 (2021)
  • Author(s): 船曳貴夫・森永守・則末智久・中西英行
  • Organizer: 第70回高分子討論会
• [Presentation] 光重合反応によるペロブスカイト量子ドットのパターニング (2021)
  • Author(s): 森永守・船曳貴夫・則末智久・中西英行
  • Organizer: 第70回高分子討論会