2019 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 / 銀 / 界面活性剤 / 外部刺激応答 / 抽出 / 吸着 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、高い触媒性能をもたらしうる「金属ナノ結晶」の供給を目指し、ナノ結晶の構成金属元素を精度よく揃えるための新たな方策の樹立を目的としている。研究初年度には、金表面と銀表面で吸着特性が大きく異なる両イオン性界面活性剤を見出した。2年目である平成31年度（令和元年度）では、液相合成法で得られる貴金属ナノ結晶の精製を想定し、界面活性剤を表面保護剤分子に用いることで、単一の元素からなるナノ結晶の油相抽出分離を行った。
金ナノ結晶および銀ナノ結晶に対してそれぞれ、両イオン性界面活性剤による表面修飾を施し、水-有機溶媒（クロロホルム）間でのナノ結晶の移動を試みた。界面活性剤濃度やpHなどの諸条件を統一し金属元素間での違いを検討したところ、銀ナノ結晶ではきわめて高い効率で水相からクロロホルム相への移動が起こったのに対し、金ナノ結晶では相間移動が起こりにくかった。これは、当該界面活性剤が金よりも銀に対して優先的に吸着するという、研究初年度において見出された界面活性剤特性に由来しているものと考えられる。つまり、有機溶媒相への抽出は、表面保護剤かつ相間移動剤として働く界面活性剤の吸着動態によって制御できるということを導いた。さらに、クロロホルム相に移動しにくい金ナノ結晶がそのまま凝集してしまうことを防ぐため、ナノ粒子表面保護が相間移動操作の過程で維持される条件についても検討した。界面活性剤とともに、アンモニウムイオンなどの電解質を少量加えることにより、金ナノ粒子表面保護が劇的に改善することを見出した。
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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
液相合成法で得られる金属ナノ結晶の分離抽出を目指し、本年度は実際の貴金属ナノ結晶を対象にした研究を中心に実施した。これにより、両イオン性界面活性剤の吸着特性といった初年度で収集してきた諸物性データが、ナノ材料界面およびその分散においてよく反映されることを確認した。すなわち、吸着特性を評価することでナノ結晶の油相抽出効率を見積もることができ、ナノ結晶の分離をコントロールするための糸口を見出したと言える。また今年度の研究では、界面活性剤の物性に直接影響をおよぼすpHのほか、電解質といった添加物によっても吸着特性を緻密に制御できることが見出された。これらの知見より、次年度以降の研究で、金属元素に基づくナノ結晶の抽出分離手法の開発を十分に行える準備が整った。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究の最終年度となる令和２年度では、金ナノ結晶と銀ナノ結晶の混合分散状態から一方を分離し、さらには合金ナノ結晶の元素組成ごとに分別する抽出方法の開発に挑む。研究一年目ならびに二年目で取得してきた知見、それぞれの金属元素に対する吸着特性ならびにナノ結晶油相抽出に適する溶液条件などを組み合わせることで、特定の金属からなるナノ結晶のみを油相に移動させる条件の最適化を行う。また、これらの移動効率と金属元素の関係を精査することで、任意の元素組成からなる合金ナノ結晶の精製に必要な条件を見つけ出す。合金ナノ結晶の抽出pHは単元素結晶の抽出領域の中間にあると予測できる。これを基準としてさらには添加する電解質による影響を分析し集約することで、目的とする合金ナノ結晶が精製される条件を見つけ出す。精製後のナノ結晶の触媒性能は、モデル反応（アルコールの酸化）における触媒性能を評価し、分別抽出法における機能の高度化が果たされていることを確かめる予定である。 最終的に、本研究の全期間を通した知見から金属ナノ結晶の分離抽出を達成する上で重要な因子を整理し、外部刺激応答性の界面活性剤吸着を用いた分散制御法として体系的にまとめる。
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| Causes of Carryover |
界面活性剤を表面保護剤として用いた貴金属ナノ結晶の油相抽出を検討する過程で、pH変化という当初予想していた因子の他に、電解質をはじめとする補助添加物質もまた抽出効率に大きな影響をおよぼすことを見出している。これは、研究初年度中に新しく検討事項に加わった点であり、研究計画全体を通して検討項目が当初予定から追加されることとなった。このため、２年目においても研究期間内での研究費配分バランスを見直し、研究計画全体にわたっての使用額を確保した。
（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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