多彩な形状を持つ金属酸化物ナノ結晶表面への配位結合能の付与と異方集積化手法の開発

• Project Area: Coordination Programming - Science of Molecular Superstructures for Chemical Devices
• Project/Area Number: 22108503
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 高見 誠一 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (40311550)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2011: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2010: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
• Keywords: 金属酸化物 / ナノ粒子 / 表面修飾 / 有機無機ハイブリッド

Research Abstract

本研究では、酸化物ナノ結晶上に有機分子を結合して配位結合能を付与することを目的とした。化学結合を自由度高く可逆的に制御できる配位結合を用いることで、温度、pHなどの条件で自在に集積を制御できるデバイスの構築が期待できる。既に研究申請者は、酸化物ナノ結晶の合成場にカルボキシル基を有する有機分子を共存させることで、有機分子が表面に結合した無機ナノ粒子を合成することに成功している。そこで、この手法を応用して、ナノ粒子表面に配位結合能を有する有機分子を結合させた。さらに、この配位結合能を活用して、粒子同士を複合化させたクラスター構造の形成を行った。
1 酸化物ナノ結晶への配位結合能の付与
有機分子を表面に結合させた酸化物ナノ結晶を合成した。具体的には、両端にカルボキシル基を有する有機分子、もしくはカルボキシル基とカテコール構造を有する有機分子の存在下で金属イオン水溶液を200～300℃に加熱することで、酸化物ナノ結晶を合成した。合成されたナノ結晶の表面には、カルボキシル基ないし、カテコール構造が配位して有機分子が複合化されている。もう一端に存在するカルボキシル基が外側を向いているため、カルボキシル基を介して粒子同士が結合することが可能となった。
2 ナノ結晶間の複合構造形成
合成条件を変えることで、外側にカルボキシル基を向けている酸化物ナノ結晶が複合化した構造の形成に成功した。Fe304ナノ結晶の場合、1次粒子径が20nm程度であり、この粒子が複合化したナノクラスターの形成が可能となった。ナノクラスターの構造は数百nm程度まで大きくすることが可能であり、磁場に対する応答性を制御することができた。

Research Products

• [Journal Article] Continuous hydrothermal synthesis of 3,4-dihydroxy hydrocinnamic acid-modified magnetite nanoparticles with stealth-functionality against immunological response (2012)
  • Author(s): T. Togashi, S.Takami, K.Kawakami, H. Yamamoto, T.Naka, K.Sato, K.Abe, T. Adschiri
  • Journal Title: J Mater Chem Volume: 22 Issue: 18 Pages: 9041-9045
  • DOI: 10.1039/c2jm30325f
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis of surface-modified monoclinic ZrO2 nanoparticles using supercritical water (2012)
  • Author(s): M.Taguchi, S.Takami, T.Adschiri, T.Nakane, K.Sato, T.Naka
  • Journal Title: CrystEngComm Volume: 14 Issue: 6 Pages: 2132-2138
  • DOI: 10.1039/c2ce06409j
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis and morphology control of surface functionalized nanoscale yttrium aluminum garnet particles via supercritical hydrothermal method (2012)
  • Author(s): A.Sahraneshin, S.Takami, K. Minami, D.Hojo, T.Arita, T.Adschiri
  • Journal Title: PROGRESS IN CRYSTAL GROWTH AND CHARACTERIZATION OF MATERIALS Volume: 58 Issue: 1 Pages: 43-50
  • DOI: 10.1016/j.pcrysgrow.2011.10.004
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis of shape-controlled and organic-hybridized hafnium oxide nanoparticles under sub- and supercritical hydrothermal conditions (2012)
  • Author(s): A.Sahraneshin, S.Takami, D.Hojo, K. Minami, T.Arita, T.Adschiri
  • Journal Title: Journal of Supercritical Fluids Volume: 62 Pages: 190-196
  • DOI: 10.1016/j.supflu.2011.10.019
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Exploitation of Surface-Sensitive Electrons in Scanning Electron Microscopy Eeveals the Formation Mechanism of New Cubic and Truncated Octahedral CeO2 Nanoparticles (2011)
  • Author(s): S.Asahina, S.Takami, T.Otsuka, T.Adschiri, O.Terasaki
  • Journal Title: ChemCatChem Volume: 3 Pages: 1038-1044
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Supercritical hydrothermal synthesis of hydrophilic polymer-modified water-dispersible CeO2 nanoparticles (2011)
  • Author(s): M.Taguchi, S.Takami, T.Adschiri, T.Nakane, K.Sato, T.Naka
  • Journal Title: CrystEngComm Volume: 13 Pages: 2841-2848
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Surfactant-assisted one-pot synthesis of superparamagnetic magnetite nanoparticle clusters with tunable cluster size and magnetic field sensitivity (2011)
  • Author(s): T.Togashi, T.Naka, S.Asahina, K.Sato, S.Takami, T.Adschiri
  • Journal Title: Dalton Trans Volume: 40 Pages: 1073-1078
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Hydrothermal Synthesis of Cubic Nanoassemblies Comprising Octahedral CeO2 Nanocrystals and Hexanedioic Acid (2012)
  • Author(s): S.Takami, S.Asahina, O.Terasaki, T.Adschiri
  • Organizer: E-MRS 2011 Spring Meeting
  • Place of Presentation: Nice, France
  • Year and Date: 2012-05-12
• [Presentation] Synthesis of surface-modified metal oxide nanocrystals and their assembly to realize various materials (2011)
  • Author(s): S.Takami
  • Organizer: Zing Conference
  • Place of Presentation: Riviera Maya, Mexico(招待講演)
  • Year and Date: 2011-11-29
• [Presentation] Synthesis of surface-modified meted oxide nanocrystals and their assembly to realize various functional devices (2011)
  • Author(s): S.Takami
  • Organizer: International NIMS-MFA-LIOS joint workshop on Metal Oxide/Polymer Nanocomposites and Applications
  • Place of Presentation: Budapest, Hungary(招待講演)
  • Year and Date: 2011-09-19
• [Presentation] 表面修飾金属酸化物ナノ結晶の水熱合成,集積と機能化 (2011)
  • Author(s): 高見誠一
  • Organizer: 日本セラミックス協会第24回秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 札幌(招待講演)
  • Year and Date: 2011-09-08
• [Presentation] 表面修飾金属酸化物ナノ結晶の合成、集積と機能化 (2011)
  • Author(s): 高見誠一
  • Organizer: 第16回東北ジョイント夏季セミナー
  • Place of Presentation: 鳴子(招待講演)
  • Year and Date: 2011-09-02
• [Presentation] Synthesis and Ordered Assembly of Octahedral CeO2 Nanocrystals by Using a Tubular Flow-type Hydrothermal Reactor (2011)
  • Author(s): S.Takami
  • Organizer: Supergreen 2011
  • Place of Presentation: Beijing, China(招待講演)
  • Year and Date: 2011-08-28
• [Presentation] Synthesis of surface-modified metal oxide nanocrystals and their assembly to realize various functional devices (2011)
  • Author(s): S.Takami
  • Organizer: The 2011 Telluride Summer Research Center (TSRC) Workshop on "Solution Based Synthesis of Nanomaterials and their Organization for Hybrid Device Structures
  • Place of Presentation: Telluride, U.S.A.(招待講演)
  • Year and Date: 2011-07-18
• [Presentation] 金属酸化物ナノ粒子の規則集積と二酸化炭素の吸着・分離への挑戦 (2011)
  • Author(s): 高見誠一
  • Organizer: 「CO_2低減のための将来技術を考える」ワークショップ
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2011-01-28
• [Presentation] Organic-inorganic Hybridized Cubic Nanoassemblies Comprising Octahedral CeO_2 Nanocrystals and Hexanedioic Acid (2010)
  • Author(s): S.Takami, S.Asahina, O.Terasaki, T.Adschiri
  • Organizer: The 2010 Fall Meeting of the Materials Eesearch Society
  • Place of Presentation: Boston, U.S.A.
  • Year and Date: 2010-11-30
• [Presentation] 酸化セリウム正八面体ナノ結晶から構成される立方体ナノ複合体の合成 (2010)
  • Author(s): 高見誠一, 大原智, 南公隆, 北條大介, 有田稔彦, 阿尻雅文
  • Organizer: 化学工学会第42回秋季大会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2010-09-08
• [Presentation] Organic-Inorganic Hybridized Cubic Nanoassemblies Comprising Octahedral CeO_2 Nanocrystals and Hexanedioic Acid (2010)
  • Author(s): S.Takami, S.Asahina, O.Terasaki, T.Adschiri
  • Organizer: A material world : is seeing believing?
  • Place of Presentation: Stockholm, Sweden
  • Year and Date: 2010-05-27