逆相ミセルを用いる機能性微粒子材料の新規な調製プロセスの開発

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04453124
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 駒沢 勲 大阪大学, 基礎工学部, 教授 (40029476)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 平井 隆之 大阪大学, 基礎工学部, 助手 (80208800) ; 久保井 亮一 大阪大学, 基礎工学部, 助教授 (40029567)
• Keywords: 逆相ミセル / 半導体超微粒子 / 反応晶析 / 二酸化チタン / 硫化カドミウム / 硫化亜鉛 / 光触媒 / 水素発生

Research Abstract

金属イオン(Cd^<2+>またはZn^<2+>)を含む逆相ミセル溶液と硫化物イオン(S^<2->)を含む逆相ミセル溶液を混合して、ナノメータースケールのCdSおよびZnS半導体超微粒子およびそれらの複合体を調製する手法について検討した。生成する超微粒子の粒子径や安定性は、逆相ミセルの含水率や加えたCd^<2+>、Zn^<2+>およびS^<2->の濃度に影響され、含水率が大きいほど大きな粒子が生成する傾向が見られたが、安定な超微粒子は主に含水率<10の条件下で調製できた。粒子の生成過程を吸収スペクトルの測定により追跡した結果、数十msの間にイオンの反応および核発生が終了し、その後は凝集によって粒子が成長することがわかった。また、以前に検討した二酸化チタン超微粒子の生成反応のような遅い反応の場合と異なり、CdSやZnSの場合のように高速の粒子生成反応の場合には、反応は逆相ミセルどうしの内容物の交換反応に影響されることが明らかとなった。すなわち、反応初期は逆相ミセルの交換が粒子成長を支配するが、その後は粒子の成長とともに粒子どうしの凝集速度は小さくなり、各ミセルへの粒子の分配が粒子の成長を支配する。
また、Cd^<2+>およびZn^<2+>を(1-x):xのモル比で溶解した逆相ミセル溶液とNa_2Sを溶解した逆相ミセル溶液を混合することにより、Zn_xCd_<1-x>s複合半導体超微粒子を調製した。紫外可視吸収スペクトルの吸収端より求めたこの超微粒子のバンドギャップは、xの値に対して直線的ではない変化を示した。また、CdSやZnSの単独粒子が水の光分解(水素発生)にほとんど光触媒活性を示さないのに対し、Zn_xCd_<1-x>S複合超微粒子は高い光触媒活性を示した。さらに、ZnSコーティングしたCdS超微粒子の調製を行った。この複合粒子も、Zn_xCd_<1-x>S粒子よりは劣るものの、単独粒子を凌ぐ光触媒活性を示すことが明らかとなった。

Research Products

• [Publications] 平井隆之: "逆相ミセルを利用したアルコキシド法による金属酸化物超微粒子の調製" 化学工学論文集. 18(3). 296-302 (1992)
• [Publications] T.Hirai: "Mechanism of Formation of Titanium Dioxide Ultrafine Particles in Reverse Micelles by Hydrolysis of Titanium Tetrabutoxide" Ind.Eng.Chem.Res.32(12). 3014-3019 (1993)
• [Publications] 平井隆之: "逆相ミセルを用いる二酸化チタン超微粒子の調製とその機構" 化学工学シンポジウムシリーズNo.39,「液膜およびマイクロエマルション技術の新たな展開」,化学工学会. 印刷中.