2018 Fiscal Year Research-status Report
界面活性剤の識別吸着による金属ナノ結晶のゼロエミッション型元素精製
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18K18217
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| Research Institution | Ochanomizu University |
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Principal Investigator |
伊村 くらら お茶の水女子大学, 基幹研究院, 講師 (60707107)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 貴金属ナノ結晶 / 金 / 界面活性剤 / 外部刺激応答 / 抽出 / 吸着 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、高い触媒性能を発揮しうる金属ナノ結晶供給への寄与を目指し、ナノ結晶の構成金属元素を効率的にコントロールする新たな方策の樹立を行う。これに向けて、湿式合成により作製した貴金属ナノ結晶を、金属元素の違いから非水溶媒中へと分離抽出し精製する手法の構築に着手した。
研究初年度においては、長鎖炭化水素鎖とアミノ基を有する界面活性剤が示す結晶表面への可逆的な吸着作用に着目し、これを貴金属ナノ結晶の表面保護として用いることで、元素を識別した吸着機構の構築に取り組んだ。親水部にアミノ基とカルボキシ基をあわせ持つ両イオン性構造を導入することで、この界面活性剤が金基板表面と銀基板表面とで異なる吸着特性を発現することを見出した。銀表面では金表面よりも界面活性剤の親和性が高い傾向があることが示され、特に、疎水部の炭化水素鎖長が短いものであるほど元素間での違いが顕著に現れた。これは、金属表面への界面活性剤の吸着配向が金表面と銀表面で大きく異なることを示唆している。さらに、水中と非水中での金属表面吸着特性をそれぞれ検討することで、非水中においても銀表面への吸着が優勢に起こること、ならびにpHをはじめとした種々の外部条件に応じて吸着状態を自在にコントロールできることを確認した。つまり、この界面活性剤を貴金属ナノ結晶の表面保護剤として用いることで、一方の金属元素のナノ結晶のみを非水溶媒中へ抽出する手法への展開が可能となった。
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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
金属元素ごとのナノ結晶選り分けを目指すための重要かつ基幹的な知見を得るため、研究初年度では、結晶表面の保護剤となる界面活性剤の元素識別吸着機能の評価に注力した。種々の分子スクリーニングを経て、金属元素を識別しながら吸着する分子構造の類型と条件を導くことができた。特に、当初期待したpH応答以外にも複数の外部刺激応答によって元素識別吸着機能が誘起されることを見出し、これをトリガーとしたナノ結晶抽出が見込まれるようになったことは今後の研究展開において大きな意味を持つ。次年度以降のナノ結晶の水－非水溶媒間移動による分離抽出に向けて、必要な条件検討を十分に行うことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究期間の中間期にあたる令和2年度では、貴金属ナノ結晶を分離しながら非水溶媒中へと抽出していく具体的な制御手法の構築をはかる。このためにまず、前年度より行ってきた界面活性剤による吸着作用の対象を、貴金属のバルク結晶基板から10ナノメートル程度の直径を有するナノ結晶へと拡張する。研究初年度で得られた金属元素ごとの吸着状態制御に関する知見が、金や銀といった貴金属ナノ結晶においてどのように再現されるかを、主にナノ結晶分散性の観点から精査していく。ここでは特に、種々の外部条件や添加物質の影響によって引き起こされる吸着状態の変化と、金属元素それぞれでもたらされる差異に注目する。この段階では、金属元素ごとに明瞭な分散状態の違いをもたらす条件の策定を目標とする。
これらの結果をベースとしてつぎに、金、銀それぞれのナノ結晶を水から非水溶媒へと相間移動させる実験に着手する。界面活性剤の単層吸着によって結晶表面を疎水化修飾することで、特定金属元素のナノ結晶を水中から非水溶媒へと移動させる。元素組成ごとのナノ結晶の分別を達成するために、この相間移動のスイッチングが特定元素に対してもたらされる外部条件の策定を行う。分離効率の最大化を狙うため、ナノ結晶の凝集を抑制する因子の検討についても行う。
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| Causes of Carryover |
（次年度使用額が生じた理由）
界面活性剤の元素識別的な吸着制御手法を複数検討する中で、当初予想していなかった補助物質の添加による吸着状態の制御に関する知見が得られ、研究期間2年目における検討項目が当初予定よりも増えた。そのために、研究機関内での研究費配分バランスを見直し、次年度使用額を確保した。pHといった外部条件による吸着状態制御と併行して、補助添加物質による分子認識的な制御も行うことができれば本研究目的の遂行に極めて有意義なものになると考えている。
（使用計画）
貴金属ナノ粒子表面と界面活性剤ならびに補助添加物質におよぶ分子間相互作用評価のための物品費のほか、研究成果発表のための旅費に用いる。
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