2017 Fiscal Year Research-status Report
写真現像の原理を利用する銀ナノ構造体の調製と機能電極への応用
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17K05828
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
大川 祐輔 千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (00213645)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 金属ナノ構造体 / 機能電極 / 金銀中空ナノ構造体 / 銀塩写真化学反応 / 直接電子移動型バイオセンサ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，銀塩写真現像の原理を用いて生成されるフィラメント状の金属銀ナノ構造体 (pAgNF) をプラットフォームとする新規機能電極系の構築である．これまでにハロゲン化銀微粒子から得た pAgNF に対し，写真処理液の一種である金錯体溶液で処理することによって，金と銀からなる中空のナノ構造体 (hAuAgNS) が得られることを見出し，この hAuAgNS に酸化還元酵素フルクトースデヒドロゲナーゼ (FDH) を吸着固定化することで，高い電子移動効率を示す直接電子移動 (DET) 型バイオセンサが構築できることを確認している．
29年度は，hAuAgNS について構造形成過程についての検討を進めた．pAgNF の形態変化の時間分解観察や電気化学モデルセルによる検討の結果，金(I)錯体の還元析出と金属銀の酸化溶解とがガルバニ反応として進行することが示され，中空化過程の一端が明らかになってきており，引き続き解析を進めている．
上述の AgNF はハロゲン化銀微粒子から分散液の形で調製後，基板電極上に固定化して使用してきた．それに対し，基板電極上に AgNF を直接生成する方法として，銀電析と写真現像を組み合わせた系について検討し，29年度には再現的な生成条件を確立するに至った．この電析・現像法 pAgNF についても上述の金錯体溶液処理で形態変化が観察され，また FDH に対する DET 活性の発現も確認された．しかし，形成される構造は乳剤法とは完全に同じではなく，また DET 活性も乳剤法に比べて低く，さらなる検討が必要である．
これらの成果の一部については，日本写真学会および電気化学会で口頭発表済み，または発表予定であり，論文としても近日投稿予定である．
このほか，形成される構造が変化する条件がいくつか見いだされてきており，この点についても検討を開始した．
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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
本研究では，銀塩写真現像反応によって得られる銀ナノフィラメント (pAgNF) を機能電極の構築に利用することを検討している．電気化学材料として pAgNF を利用するためには，表面の積極的な制御が重要と考え，銀よりも化学的・電気化学的安定性に優れる金を，これも写真化学的な処理液を利用して pAgNF に導入しようとするなかで，中空構造をもつ金銀ナノ構造体 (hAuAgNS) が見出され，これがフルクトースデヒドロゲナーゼ (FDH) に対して高い直接電子移動活性をもつ電気化学反応場として利用できることを見出した．hAuAgNS の構造形成過程を理解することは，その機能を理解する上で，またさらなる構造制御や新規構造形成のためにも重要であり，29年度は構造形成過程の解析を重点項目の一つとした．その結果，概要に記したようにその一端が明らかになってきた．
一方，これまでハロゲン化銀微粒子から分散液の形で調製後，基板電極上に固定化して使用してきた AgNF を基板電極上に AgNF を直接生成する方法についても提案し，申請段階では十分な再現性が得られていなかった電析・現像法についても重点的に検討を進め，29年度には再現的な生成条件を確立するに至った．
これらの成果の一部については，学会で口頭発表済み，または発表予定であり，論文としても近日投稿予定である．
このほか，形成される構造が変化する条件がいくつか見いだされてきており，この点についても検討を開始した．一方，当初計画した金以外の異種金属元素の導入については適当な条件を見出すに至っておらず，今後の課題となっている．
これらを総合的に勘案し，おおむね順調と評価した．
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| Strategy for Future Research Activity |
30年度は，29年度の結果を踏まえ，以下の内容に重点を置いて研究を行う．
1. 乳剤法，電析・現像法，および金析出処理によるナノ構造体の調製法および諸条件の評価，改良．これらの知見を活かした構造制御についても検討する．とくに，現在の電析・現像法では再現性は高いものの，2種類の電気化学条件を用いているため，電極の量産性に限界があり，より簡便な調製法の開拓は大きな意味がある．平行して，ナノ構造体生成機構の解析を進める．
2. hAuAgNSの電気化学機能の解析．とくに電析・現像法で得られた hAuAgNS は，現状では FDH に対する DET 活性が乳剤法 hAuAgNS に比べて低く，その原因が明らかではない．この原因を探ることは，同時に提案ナノ構造体の電気化学機能の根源とも関連する，重要な意味を持つと考えており，調製条件や得られたナノ構造と DET 活性の関係を検討する．あわせて他の電極触媒能についても検討する．
3. 表面処理や他材料との複合化による機能導入．とくに金以外の異種金属を複合化したナノ構造体について，その調製法の検討する．金属元素としては，現在，白金とニッケルについて検討を開始したところである．
なお，研究成果については随時関連学会や論文の形で公表する．
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| Causes of Carryover |
1000円以下の端数を合わせるために，不急の小額物品等を購入する必要はないと判断した．
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Research Products
(2 results)
