2017 Fiscal Year Research-status Report
Functionalization of metalate nanosheets synthesized by bottom-up processes through the hybridization with organic compounds
| Project/Area Number |
17K06014
|
|---|
| Research Institution | Gifu University |
|---|
Principal Investigator |
伴 隆幸 岐阜大学, 工学部, 教授 (70273125)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | ゾル-ゲル法 / ナノ材料 / セラミックス / 溶液化学 / 配位化学 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
金属酸ナノシートは、高い構造異方性に起因する興味深い特性が期待される材料である。我々は金属酸ナノシートのボトムアップ合成法を見出した。従来の層剥離で合成されるものに比べて、この方法で合成されるナノシートは面内サイズが小さいという特長をもつ。つまり、ナノシートの表面積に対する縁の部分の長さの比が大きい。このような縁の部分を積極的に利用することが、この合成法の独自性を活かすうえで重要となる。そのひとつとして、縁の部分のダングリングボンドを利用して有機化合物で化学修飾することによるハイブリッドナノシートの合成を考えた。具体的には、以下の示す内容について検討した。
ナノシートの縁に吸着させた有機配位子からナノシートへの電子励起が可視光の吸収により起こるような、有機配位子で修飾したハイブリッドナノシートを合成し、その光吸収を利用した可視光応答型光触媒特性を評価することを目的とした。これまでにカテコールやテトラシアノキノジメタンのチタン酸ナノシートへの吸着挙動を観察して、これらのハイブリッドナノシートが可視光吸収を示すことを明らかにした。今後、その光触媒特性を評価する。
また、面内サイズの大きい、つまり構造異方性の大きいナノシートの水系ゾルは液晶挙動を示すことが知られている。ボトムアップ合成では小さいナノシートが生成するが、これらを有機リンカー分子で繋ぎ合わせることで簡便に大きな多結晶ナノシートを作製し、その液晶挙動を調べることを目的とした。これまでに、リンカー分子として作用する有機分子を見出すことができた。ここでは、ナノシートの形態制御も重要となるが、比較的大きな単結晶チタン酸ナノシートがボトムアップ合成できる可能性も示唆された。
さらに、上に示した検討に用いるナノシートの種類を増やすために、これまでに合成していない金属酸ナノシートのボトムアップ合成についても検討した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成29年度の当初の予定はつぎの２つであった。ひとつは、ハイブリッドナノシートの合成に用いるナノシートの種類を増やすために、層状ペロブスカイト型ナノシートなど、これまでに合成していない金属酸ナノシートを合成すること。もうひとつは、有機配位子で化学修飾したハイブリッドナノシートの光触媒特性を評価することであった。
まず、これまでに合成していない金属酸ナノシートの合成では、層状ペロブスカイト型ナノシートはまだ合成できていない。しかし、層状ペロブスカイトの水熱合成温度に、用いるアルカリ土類金属の種類が大きく影響することが見出され、アルカリ土類金属イオンの種類や合成条件の適切な選択によりナノシートが得られる可能性が大きいと考えられた。当初予定していなかったチタノリン酸ナノシートの合成も検討した結果、これまでのナノシートは塩基性条件下で合成されていたが、チタノリン酸ナノシートは中性条件でも合成できることが明らかとなった。
次に、ハイブリッドナノシート光触媒についてであるが、ナノシートへの有機配位子の吸着が特異な挙動を示す原因を究明するのに時間を要したため、当初予定していた特性評価はできなかった。しかし、その原因が明らかになり、期待していた可視光吸収についても確認できたため、今後、特性評価にとりかかる。
また、平成30年度以降に予定していた、液晶ゾルの作製を目指したナノシートの形態制御を前倒しで検討した。その結果、比較的大きな単結晶チタン酸ナノシートがボトムアップ合成できる可能性があることやリンカー分子として作用する有機配位子が見出せたことなど、有用な成果が得られた。
以上のように、当初予定していたことで検討途中である研究があるものの、前倒しの検討をはじめ、予定していなかった成果も得られており、全体をとおしてみると、おおむね順調に進展していると考えられる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
これまで合成していないナノシートの合成については、引き続き、層状ペロブスカイト型ナノシートの合成を検討する。アルカリ金属イオンの種類の影響などをもとに、ナノシートがボトムアップ合成できるかできないかを決める因子が何であるかも解明する。また、チタノリン酸ナノシートが中性条件で合成できることが明らかになったので、有機物で修飾した基板上へのナノシートの析出を利用した薄膜作製や、新規な溶媒として注目されるイオン液体中でのボトムアップ合成なども検討する。これまでは塩基性条件でしか合成できなかったため、基板の腐食やイオン液体分子と水酸化物イオンとの反応などのために行えなかったことを検討し、新たな展開を模索する。
ハイブリッドナノシートの光触媒特性については、特性評価に取り掛かる。有機配位子の種類，犠牲試薬，助触媒の影響を検討しながら、水の可視光分解による水素発生について検討する。
また、前倒しで行った、液晶ゾルの作製を目指したナノシートの形態制御についても引き続き検討を続ける。大きな単結晶ナノシート及び多結晶ハイブリッドナノシートが分散したゾルの簡便な合成法を確立し、それらの液晶挙動を評価する。
さらに、光触媒とナノシート形態制御を組み合わせた、銀ナノ粒子とナノシートのハイブリッド薄膜の光学特性評価も２～３年目で行う予定である。光触媒特性を利用してナノシート上に銀ナノ粒子を析出させ、ナノシート形態制御で得られた知見を利用して、可視光の波長より十分短い周期で銀ナノ粒子が配列した薄膜を作製する。銀ナノ粒子のプラズモニクスにより屈折率などにおいて興味深い挙動を示す薄膜が作製できないかを検討する予定である。
|
| Causes of Carryover |
研究内容によっては予定していたような成果が得られなかったものがあったり、前倒しで行った研究で興味深い成果が得られたり、平成30年度に予定していた国際学会での成果報告を29年度に行ったことなど、経費の使用実績が当初予定していた計画とわずかに異なってしまった。そのためわずかに残額が生じた。しかし、その残額はそれほど大きくないため、次年度は予定通りに研究を進めて、この残額も使用する予定である。
|
