2015 Fiscal Year Research-status Report
電気化学分析のための金属基板－異種金属ナノ粒子複合修飾電極の開拓と機能探索
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15K05538
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
小山 宗孝 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90221861)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 金属ナノ粒子 / 修飾電極 / ボルタンメトリー / 電気化学分析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、まず、各種金属基板と3.5 nmの金ナノ粒子との複合化について検討した。実際に検討を行いたい各種金属についてはディスク電極として販売されていないものが多いため、まず予備検討として、ディスク電極の代わりに金属線が使用できないかを、これまでに金ナノ粒子複合系での応答を明らかにしたニッケル電極を用いて検討した。その結果、基板が金属線になっても得られるサイクリックボルタモグラムに大きな変化はなかった。そのため、基板電極に関しては、金属線を用いて検討を行うこととした。
実際の検討内容としては、銅・チタン・鉄・亜鉛・クロムなどの各種金属表面に金ナノ粒子の修飾を試みた。その結果、すでにその特性を明らかにしていたニッケル基板に加えて、チタン電極上に金ナノ粒子を修飾するとナノ粒子の電極触媒能が機能的に発揮できる可能性があることがわかった。また、この検討において、金ナノ粒子を修飾する方法としては、当初は金ナノ粒子溶液に金属基板を浸漬する方法のみを用いていたが、種々の試行の結果、塩化金酸などの貴金属イオンを直接基板金属に作用させ酸化還元電位差を利用して貴金属ナノ粒子を表面に修飾する方法も有効であることがわかった。
そのため、チタン電極については、塩化金酸イオンを含む水溶液中での処理について系統的に検討した。その結果、還元剤であるクエン酸イオンを溶液中に共存させることで表面に析出して修飾できる金ナノ粒子の量を増大できることがわかった。また、その結果として得られたボルタモグラムの形状は、通常のものとは異なるＳ字状のものであった。このことは、チタン表面に修飾した金ナノ粒子上での拡散の状況が変化し、それぞれの金ナノ粒子が微小ナノ電極として機能していることを示している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は、必要な予備検討に基づいて、簡便な金属線の利用という方向で検討を進め、各種金属基板の可能性について十分に検討できた。また、その結果、チタンと金ナノ粒子との複合化をひとつのターゲットとして確立できた。さらに、金属ナノ粒子を表面修飾するための新しい方法として、異種金属間での酸化還元電位差を利用した修飾についても着手して有効性を明らかにできた。これらの点で、研究はおおむね順調に進展しているものと考える。
修飾法の変更などについても検討したため、貴金属種をいろいろ換えて行う検討は本年度中には遂行できず、次年度に継続して行うように考えているが、それにも増して先に述べた成果は研究全体の進展にも極めて有効であったと評価している。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の成果に基づいて、今後の研究計画に関しては、特に以下の３つの事項を優先的かつ重点的に遂行していく考えである。
１．本年度の検討において基板電極としての有用性が明らかになったチタンに関しては、金ナノ粒子だけではなく、白金・銀・パラジウムなどの貴金属ナノ粒子の表面修飾に関しても系統的に検討して、その機能や有効性を明らかにする。
２．これまでの検討で有効性が明らかになっていたニッケル基板については、金属ナノ粒子溶液中に浸漬する方法でのみしかこれまで検討してこなかったが、異種金属間での酸化還元電位差を利用した修飾についても検討して、修飾法による貴金属ナノ粒子修飾ニッケル電極の電気化学特性の違いを明らかにする。
３．異種金属ナノ粒子で新しい電気化学特性が発現する可能性がある材料として、パラジウムに着目して、その基礎的挙動を明らかにするとともに複合化への応用も見据えて、パラジウムマイクロ粒子を集積した電極の電気化学特性を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
簡便な金属線の利用について予備検討して可能であることがかかったため、基板金属材料に関する経費を抑えることができた。また、異種金属ナノ粒子に関する検討が、金ナノ粒子を中心としたものであったため、貴金属試薬の使用量が少なかった。そのため、物品費が予想以上に少額になった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
各種検討により消耗品的な物品費を有効に使用するように留意して研究をすすめるが、状況に応じては設備備品としての利用や旅費としての有効利用を考えて使用する
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