2020 Fiscal Year Annual Research Report
Synthesis of ultrapure metal nanoparticles by ultrafine bubbles and ultrasound, and sensing of water analysis
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19H02505
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
安田 啓司 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (80293645)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金 継業 信州大学, 学術研究院理学系, 教授 (40252118)
小島 義弘 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 准教授 (80345933)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 超音波 / ウルトラファインバブル / 反応工学 / 金属ナノ粒子 / 水分析 / 触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、粒子径を制御した高純度な金属ナノ粒子を合成するために、ウルトラファインバブル（UFB）超音波合成法を開発し、水分析センサや触媒として応用することを目的としている。本年度は以下の項目について研究を行った。
１．高純度な金属ナノ粒子の合成：加圧溶解法で生成したUFB水をエバポレータで濃縮することによって、UFB濃度を従来の6倍程度である約300億個/mLまで高くして、金ナノ粒子を合成した結果、直径が5～20 nmの超微細な粒子を生成できた。さらに、UFB濃度と金ナノ粒子の平均粒子径の関係を表す実験式を構築した。また、酢酸銀水溶液から超音波還元法により高純度な銀ナノ粒子を合成できた。
２．水中のラジカルを検出するためのセンサーの開発：水中のスーパーオキシドラジカルを検出できるセンサーを開発するためには、高分子の重合反応を用いて、金ナノ粒子と水溶性タンパク質のシトクロムを電極表面に固定化することが求められる。本年度は超音波還元法により調製した金ナノ粒子溶液の中にモノマーの3,4-エチレンジオキシチオフェン(EDOT)が可溶化できることが明らかとなった。
３．光触媒の複合粒子の合成と性能評価：超音波還元法でPd/WO3（パラジウム/酸化タングステン）複合粒子を合成し、このPd/WO3粒子の触媒活性を水溶液中メチレンブルー（MB）処理時の分解反応から評価した。その結果、可視光を連続照射しながら処理した場合、MBの分解反応が進行した。WO3単体の粒子と比較したところPd/WO3粒子を用いた場合、分解速度が大幅に向上した。また、MB分解速度に及ぼすWO3に対するPdの仕込み率の影響について検討したところ、本年度検討した操作条件内では最適値が存在することがわかった。
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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
金属ナノ粒子の合成については、高濃度なウルトラファインバブル水を用いて、安定剤や還元剤を使用せずに、5～20 nmの超微細で高純度な金ナノ粒子を合成することができた。ウルトラファインバブル濃度と金ナノ粒子の平均粒子径との相関式から、金ナノ粒子の平均径を予測することが可能となった。また、高純度な銀ナノ粒子の合成に成功した。
ラジカルのセンサーの開発については、金ナノ粒子溶液中でモノマーの3,4-エチレンジオキシチオフェン(EDOT)を可溶化できた。
光触媒の複合粒子の合成と性能評価については、パラジウム/酸化タングステンの複合粒子の合成に成功した。性能評価として、メチレンブルーの分解を行ったところ、複合粒子を用いた場合、酸化タングステンの単体粒子と比較して、分解速度が大幅に向上した。
以上のことから、本研究はおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本手法を用いて様々な超高純度金属ナノ粒子を合成し、センサーや触媒への応用を行うために、主に以下の内容を検討することを計画している。
１．金、銀、パラジウム、白金の単体粒子と複合粒子の合成：ウルトラファインバブル水をさらに高濃度化し、様々な金属の単体ナノ粒子や複合ナノ粒子を合成する。各種金属ナノ粒子の粒子の形状、大きさを電子顕微鏡で測定し、さらに、成分分析、水中での安定性の評価も行う。
２．水中の活性酸素を検出するためのマイクロセンサの作製と応用：モノマーの3,4-エチレンジオキシチオフェンの電解重合により金ナノ粒子とシトクロムを電極へ固定化し、さらに、センサーの微小化して、様々な水中での活性酸素の検出を行う。表面増強ラマン散乱も評価する。
３．水中の有害物質を分解する光触媒への応用：様々な貴金属ナノ粒子を酸化タングステンの表面に担持した複合粒子を合成し、貴金属ナノ粒子の粒径・分散性を電子顕微鏡で測定し、光触媒活性の評価を水溶液中のメチレンブルーの分解により行う。
４．これまでの研究成果の取りまとめと研究成果の発信を行う。
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